Question

5．半导体生产中常需要控制掺杂，以保证控制电阻率，三氯化磷（PCl₃）是一种重要的掺杂剂．实验室要用黄磷（即白磷）与干燥的Cl₂模拟工业生产制取PCl₃，装置如图所示：（部分夹持装置略去）

已知：①黄磷与少量Cl₂反应生成PCl₃，与过量Cl₂反应生成PCl₅；②PCl₃遇水会强烈水解生 成 H₃PO₃和HC1；③PCl₃遇O₂会生成P0Cl₃，P0Cl₃溶于PCl₃；④PCl₃、POCl₃的熔沸点见下表：

物质	熔点/℃	沸点/℃
PCl3	-112	75.5
POCl3	2	105.3

请回答下列问题：
（1）A装置中制氯气的离子方程式为MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）F中碱石灰的作用是吸收多余的氯气、防止空气中的H₂O进入烧瓶和PCl₃反应；
（3）实验时，检査装置气密性后，先打开K₃通入干燥的CO₂，再迅速加入黄磷．通干燥CO₂的作用是排尽装置中的空气，防止白磷自燃；
（4）粗产品中常含有POCl₃、PCl₅等．加入黄磷加热除去PCl₅后．通过蒸馏（填实验操作名称），即可得到较纯净的PCl₃；
（5）实验结束时，可以利用C中的试剂吸收多余的氯气，C中反应的离子方程式为Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+2H₂O；
（6）通过下面方法可测定产品中PCl₃的质量分数：
①迅速称取1.00g产品，加水反应后配成250mL溶液；
②取以上溶液25.00mL，向其中加入10.00mL 0.1000mol•L^-1碘水，充分反应；
③向②所得溶液中加入几滴淀粉溶液，用0.1000mol•L^-1的Na₂S₂O₃，溶液滴定
③重复②、③操作，平均消耗Na₂S₂O₃，溶液8.40ml
已知：H₃PO₃+H₂O+I₂═H₃PO₄+2HI，I₂+2Na₂S₂O₃═2NaI+Na₂S₄O₆，假设测定过程中没有其他反应．根据上述数据，该产品中PC1₃的质量分数为79.75%．

Answer 1

分析 实验室要用黄磷（白磷）与干燥的Cl₂模拟工业生产制取PCl₃流程为：A装置浓盐酸和二氧化锰二者反应生成氯化锰、氯气和水，制得氯气，因PCl₃遇水会强烈水解，所以氯气需干燥，B装置利用浓硫酸干燥氯气，K₃利用二氧化碳排尽装置中的空气，防止黄磷（白磷）自燃，PCl₃沸点为75.5℃，利用E装置防止PCl₃挥发（冷凝），因尾气中含有有毒气体氯气，且空气中水蒸气可能进入装置，所以用F装置利用碱石灰吸收多余的Cl₂，防止空气中的水蒸气进入烧瓶和PCl₃反应，
（1）装置A中发生的反应是MnO₂+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，反应式中HCl和MnCl₂可拆分，其余仍用化学式表示，最终可得离子方程式；
（2）碱石灰有吸水和吸酸性气体的作用，本实验的尾气氯气有毒，对环境有污染，可被碱石灰吸收，同时还可以防止空气中的水汽进入烧瓶内与PCl₃反应；
（3）白磷遇氧易因缓慢氧化而引起自发燃烧，装置中的空气含有氧气，通入干燥的CO₂可达到目的；
（4）加入黄磷加热除去PCl₅后，粗产品中含有的POCl₃和PCl₃熔沸点存在明显的差异，结合混合物常见的分离方式，可选择蒸馏操作；
（5）氢氧化钠与氯气反应生成氯化钠和次氯酸钠；
（6）通过滴定原理测定混合物中PCl₃的质量分数，可借助于原子守恒并结合关系式PCl₃～H₃PO₃～I₂，2Na₂S₂O₃～I₂进行计算

解答 解：实验室要用黄磷（白磷）与干燥的Cl₂模拟工业生产制取PCl₃流程为：A装置浓盐酸和二氧化锰二者反应生成氯化锰、氯气和水，制得氯气，因PCl₃遇水会强烈水解，所以氯气需干燥，B装置利用浓硫酸干燥氯气，K₃利用二氧化碳排尽装置中的空气，防止黄磷（白磷）自燃，PCl₃沸点为75.5℃，利用E装置防止PCl₃挥发（冷凝），因尾气中含有有毒气体氯气，且空气中水蒸气可能进入装置，所以用F装置利用碱石灰吸收多余的Cl₂，防止空气中的水蒸气进入烧瓶和PCl₃反应，
（1）A装置中，加热条件下，浓盐酸和二氧化锰二者反应生成氯化锰、氯气和水，离子方程式为MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，
故答案为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）因尾气中含有有毒气体氯气，且空气中水蒸气可能进入装置，所以用F装置利用碱石灰吸收多余的Cl₂，防止空气中的水蒸气进入烧瓶和PCl₃反应，
故答案为：吸收多余的氯气、防止空气中的H₂O进入烧瓶和PCl₃ 反应；
（3）通入一段时间的CO₂可以排尽装置中的空气，防止白磷与空气中的氧气发生自燃，
故答案为：排尽装置中的空气，防止白磷自燃；
（4）由信息可知，POCl₃与PCl₃都是液体，沸点相差较大，故可以用蒸馏的方法进行分离，
故答案为：蒸馏；
（5）氢氧化钠与氯气反应生成氯化钠和次氯酸钠：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+2H₂O，
故答案为：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+2H₂O；
（6）0.1000mol•L^-1碘溶液10.00mL中含有碘单质的物质的量为：0.1000mol•L^-1×0.0100L=0.00100mol，根据反应I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆可知，与磷酸反应消耗的碘单质的物质的量为：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的物质的量为：n（H₃PO₃）=n（I₂）=0.00058mol，250mL该溶液中含有H₃PO₃的物质的量为：0.00058mol×$\frac{250}{25}$=0.0058mol，所以1.00g产品中含有的三氯化磷的物质的量为
甄0.0058mol，该产品中PCl₃的质量分数为：$\frac{137.5×0.0058}{1}$×100%=79.75%，
故答案为：79.75%．

点评 本题考查阅读获取信息的能力、对实验原理理解等，题目难度较大，是对知识的综合运用，理解实验原理是解题的关键，需要学生具有扎实的基础与综合运用分析解决问题的能力，注意题中信息PCl₃遇O₂会生成POCl₃，POCl₃溶于PCl₃，PCl₃遇水会强烈水解生成H₃PO₃和HCl．