Question

13．半導體生產(chǎn)中常需要控制摻雜，以保證控制電阻率，三氯化磷（PCl₃）是一種重要的摻雜劑．實驗室要用黃磷（即白磷）與干燥的Cl₂在曲頸瓶中模擬工業(yè)生產(chǎn)制取PCl₃，裝置如圖所示：（部分夾持裝置略去）

已知黃磷與少量Cl₂反應生成PCl₃，與過量Cl₂反應生成PCl₅．PCl₃遇水會強烈水解生成H₃PO₃和HCl；遇O₂會生成POCl₃，POCl₃溶于PCl₃．PCl₃、POCl₃的熔沸點如表：

物質(zhì)	熔點/℃	沸點/℃
PCl3	-112	75.5
POCl3	2	105.3

請回答下列問題：
（1）B中所裝試劑是濃H₂SO₄；E中冷水的作用是冷凝PCl₃防止其揮發(fā)．
（2）F中堿石灰的作用是吸收多余的氯氣，防止空氣中的水蒸汽進入燒瓶中和PCl₃ 反應．
（3）實驗時，檢查裝置氣密性后，先打開K₃通入干燥的CO₂，再迅速加入黃磷．通干燥CO₂的作用是排盡裝置中的空氣，防止白磷自燃．
（4）粗產(chǎn)品中常含有POC1₃、PCl₅等．加入黃磷加熱除去PCl₅后，通過蒸餾（填實驗操作名稱），即可得到較純凈的PCl₃．
（5）實驗結束時，可以利用C中的試劑吸收多余的氯氣，C中反應的離子方程式為Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+2H₂O．
（6）通過下面方法可測定產(chǎn)品中PCl₃的質(zhì)量分數(shù)：
①迅速稱取1.00g產(chǎn)品，加水反應后配成250mL溶液；
②取以上溶液25.00mL，向其中加入10.00mL 0.1000mol/L碘水，充分反應；
③向②所得溶液中加入幾滴淀粉溶液，用0.1000mol/L的Na₂S₂O₃，溶液滴定；
④重復②、③操作，平均消耗Na₂S₂O₃溶液8.40mL．
已知：H₃PO₃+I₂=H₃PO₄+2HI，I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆，
根據(jù)上述數(shù)據(jù)，假設測定過程中沒有其他反應，該產(chǎn)品中PCl₃的質(zhì)量分數(shù)為79.75%．

Answer 1

分析 實驗室要用黃磷（白磷）與干燥的Cl₂模擬工業(yè)生產(chǎn)制取PCl₃流程為：A裝置濃鹽酸和二氧化錳二者反應生成氯化錳、氯氣和水，制得氯氣，因PCl₃遇水會強烈水解，所以氯氣需干燥，B裝置利用濃硫酸干燥氯氣，利用二氧化碳排盡裝置中的空氣，防止黃磷（白磷）自燃，PCl₃沸點為75.5℃，利用E裝置防止PCl₃揮發(fā)（冷凝），因尾氣中含有有毒氣體氯氣，且空氣中水蒸氣可能進入裝置，所以用F裝置利用堿石灰吸收多余的Cl₂，防止空氣中的水蒸氣進入燒瓶和PCl₃反應．
（1）氯氣為酸性氣體，需用酸性干燥劑干燥，三氯化磷沸點低，可用冷水冷凝收集；
（2）堿石灰吸收多余氯氣防止污染空氣，防止空氣中的水蒸氣進入影響產(chǎn)品純度；
（3）白磷能自燃，通入二氧化碳趕凈空氣；
（4）依據(jù)物質(zhì)的沸點數(shù)值不同，可以利用蒸餾的方法分離出三氯化磷；
（5）氫氧化鈉與氯氣反應生成氯化鈉和次氯酸鈉；
（6）依據(jù)反應的化學方程式H₃PO₃+H₂O+I₂=H₃PO₄+2HI、I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆ 可知n（H₃PO₃）=n（I₂）_總-n（Na₂S₂O₃）×$\frac{1}{2}$，25mL溶液中H₃PO₃的物質(zhì)的量等于三氯化磷的物質(zhì)的量，再求出三氯化磷的總物質(zhì)的量和質(zhì)量，然后求出質(zhì)量分數(shù)．

解答 解：實驗室要用黃磷（白磷）與干燥的Cl₂模擬工業(yè)生產(chǎn)制取PCl₃流程為：A裝置濃鹽酸和二氧化錳二者反應生成氯化錳、氯氣和水，制得氯氣，因PCl₃遇水會強烈水解，所以氯氣需干燥，B裝置利用濃硫酸干燥氯氣，K₃利用二氧化碳排盡裝置中的空氣，防止黃磷（白磷）自燃，PCl₃沸點為75.5℃，利用E裝置防止PCl₃揮發(fā)（冷凝），因尾氣中含有有毒氣體氯氣，且空氣中水蒸氣可能進入裝置，所以用F裝置利用堿石灰吸收多余的Cl₂，防止空氣中的水蒸氣進入燒瓶和PCl₃反應．
（1）因PCl₃遇水會強烈水解，所以氯氣需干燥，氯氣和濃硫酸不反應，所以能用濃硫酸干燥氯氣，PCl₃沸點為75.5℃，利用E裝置防止PCl₃揮發(fā)（冷凝），
故答案為：濃硫酸；冷凝PCl₃防止其揮發(fā)；
（2）因尾氣中含有有毒氣體氯氣，且空氣中水蒸氣可能進入裝置，所以用F裝置利用堿石灰吸收多余的Cl₂，防止空氣中的水蒸氣進入燒瓶和PCl₃反應，
故答案為：吸收多余的氯氣，防止空氣中的水蒸汽進入燒瓶中和PCl₃ 反應；
（3）通入一段時間的CO₂可以排盡裝置中的空氣，防止白磷與空氣中的氧氣發(fā)生自燃；
故答案為：排盡裝置中的空氣，防止白磷自燃；
（4）由信息可知，POCl₃與PCl₃都是液體，沸點相差較大，故可以用蒸餾的方法進行分離，
故答案為：蒸餾；
（5）氫氧化鈉與氯氣反應生成氯化鈉和次氯酸鈉：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+2H₂O，
故答案為：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+2H₂O；
（6）0.1000mol•L^-1碘溶液10.00mL中含有碘單質(zhì)的物質(zhì)的量為：0.1000mol•L^-1×0.0100L=0.00100mol，根據(jù)反應I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆可知，與磷酸反應消耗的碘單質(zhì)的物質(zhì)的量為：0.00100mol-0.1000mol•L^-1×0.00084L×$\frac{1}{2}$=0.00058mol，再由H₃PO₃+H₂O+I₂=H₃PO₄+2HI可知，25mL三氯化磷水解后的溶液中含有的H₃PO₃的物質(zhì)的量為：n（H₃PO₃）=n（I₂）=0.00058mol，250mL該溶液中含有H₃PO₃的物質(zhì)的量為：0.00058mol×$\frac{250mL}{25mL}$=0.0058mol，所以1.00g產(chǎn)品中含有的三氯化磷的物質(zhì)的量為0.0058mol，該產(chǎn)品中PCl₃的質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{137.5g/mol×0.0058mol}{1g}$×100%=79.75%；
故答案為：79.75%．

點評 本題考查閱讀獲取信息的能力、對實驗原理理解等，題目難度較大，是對知識的綜合運用，理解實驗原理是解題的關鍵，需要學生具有扎實的基礎與綜合運用分析解決問題的能力，注意題中信息PCl₃遇O₂會生成POCl₃，POCl₃溶于PCl₃，PCl₃遇水會強烈水解生成H₃PO₃和HCl．