Question

15．多晶硅（硅單質(zhì)的一種）被稱為“微電子大廈的基石”，制備中副產(chǎn)物以SiCl₄為主，它對環(huán)境污染很大，能遇水強烈水解，放出大量的熱．研究人員利用SiCl₄水解生成的鹽酸和鋇礦粉（主要成份為BaCO₃，且含有少量鈣、鐵、鎂離子）制備BaCl₂•2H₂O，工藝流程如下．

已知25℃時，F(xiàn)e³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺完全沉淀的pH分別是：3.4、13.1、12.4
（1）SiCl₄水解控制在40℃以下的原因是能防止HCl揮發(fā)污染環(huán)境或控制SiCl₄的水解速率．
已知：SiCl₄（s）+H₂（g）═SiHCl₃（s）+HCl（g）△H₁=47kJ•mol^-1
SiHCl₃（s）+H₂（g）═Si（s）+3HCl（g）△H₂=189kJ•mol^-1
則由SiCl₄制備硅的熱化學(xué)方程式為SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+236kJ•mol^-1．
（2）加鋇礦粉時生成BaCl₂的離子反應(yīng)方程式是BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O．
（3）加20% NaOH調(diào)節(jié)pH=12.5，得到濾渣A的主要成分是Mg（OH）₂，Ca（OH）₂，控制溫度70℃的目的是確保鈣離子完全除去（或溫度越高，Ca（OH）₂溶解度越�。�．
（4）BaCl₂濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過濾，再經(jīng)真空干燥后得到BaCl₂•2H₂O．實驗室中蒸發(fā)濃縮用到的含硅酸鹽的儀器有3種．

Answer 1

分析 （1）氯化硅水解生成原硅酸和氯化氫，溫度越高，氯化硅的水解速率越大，氯化氫的揮發(fā)越強；將兩個方程式相加即得則由SiCl₄制備硅的熱化學(xué)方程式，注意焓變進(jìn)行相應(yīng)的改變；
（2）鋇礦粉時生成的BaCl₂是碳酸鋇溶解于酸中與酸反應(yīng)生成的；
（3）根據(jù)氫氧化鐵和氫氧化鎂完全沉淀所需溶液的PH值，氫氧化鈣溶解度隨溫度升高減小確定濾渣A的成分；控制溫度是為了除去鈣離子；
（4）根據(jù)從溶液中析出固體的方法以及含硅酸鹽的儀器為玻璃儀器來分析解答．

解答 解：（1）氯化硅水解生成原硅酸和氯化氫，水解方程式為：SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl，溫度高時，氯化硅的水解速率增大，氯化氫的揮發(fā)增強，且氯化氫能污染環(huán)境，溫度較低時，能防止HCl揮發(fā)污染環(huán)境或控制SiCl₄的水解速率，防止反應(yīng)過于劇烈；
①SiCl₄（s）+H₂（g）═SiHCl₃（s）+HCl（g）△H₁=47kJ•mol^-1
②SiHCl₃（s）+H₂（g）═Si（s）+3HCl（g）△H₂=189kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，由①+②可得：SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+236 kJ•mol^-1
故答案為：能防止HCl揮發(fā)污染環(huán)境或控制SiCl₄的水解速率；SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+236 kJ•mol^-1；
（2）碳酸鋇和鹽酸反應(yīng)生成氯化鋇，反應(yīng)的離子方程式為：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂+H₂O↑；
故答案為：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O；
（3）當(dāng)pH=3.4時，鐵離子完全生成沉淀，當(dāng)pH=12.4時，鎂離子完全沉淀生成氫氧化鎂，Mg（OH）₂，所以當(dāng)pH=12.5時，濾渣A的成分是氫氧化鎂，氫氧化鈣；控制溫度70℃的目的是確保鈣離子完全除去；
故答案為：Mg（OH）₂，Ca（OH）₂；確保鈣離子完全除去（或溫度越高，Ca（OH）₂溶解度越小）；
（4）從溶液中制取固體的方法是：蒸發(fā)濃縮→冷卻結(jié)晶→過濾→洗滌，實驗室中蒸發(fā)濃縮用到的含硅酸鹽的儀器即為玻璃儀器，有蒸發(fā)皿、玻璃棒，酒精燈；
故答案為：3．

點評 本題考查制備實驗方案、物質(zhì)分離和提純、對條件控制分析與評價、化學(xué)計算等，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及知識遷移運用的能力，難度中等．