Question

8．多晶硅（硅单质的一种）被称为“微电子大厦的基石”，制备中副产物以SiCl₄为主，它环境污染很大，能遇水强烈水解，放出大量的热．研究人员利用SiCl₄水解生成的盐酸和钡矿粉（主要成分为BaCO₃，且含有铁、镁等离子），制备BaCl₂•2H₂O，工艺流程如下：

已知：①常温下Fe³⁺、Mg²⁺完全沉淀的pH分别是3.4、12.4；
②BaCO₃的相对分子质量是197； BaCl₂•2H₂O的相对分子质量是244；
（1）SiCl₄发生水解反应的化学方程式SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl．
（2）氮化硅（Si₃N₄）是一种高温结构材料，粉末状的Si₃N₄可以在高温条件下由SiCl₄蒸汽与NH₃反应得到，请写出该反应的化学方程式3SiCl₄+4NH₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl．
（3）加钡矿粉调节pH=7的作用是：①使BaCO₃转化为BaCl₂②使Fe³⁺离子沉淀完全
（4）生成滤渣A的离子方程式Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓
（5）BaCl₂滤液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤，再经真空干燥后得到BaCl₂•2H₂O
（6）10吨含78.8% BaCO₃的钡矿粉理论上最多能生成BaCl₂•2H₂O9.76吨．

Answer 1

分析 四氯化硅控制温度40°C，加入水过滤得到原硅酸，则发生水解反应生成原硅酸和氯化氢，过滤得到盐酸溶液，加入钡矿粉主要成分为BaCO₃，且含有铁、镁等离子，调节溶液pH=7，使BaCO₃转化为BaCl₂，同时使Fe³⁺完全沉淀，过滤得到滤渣为氢氧化铁，滤液加入氢氧化钠溶液调节溶液pH=12.5，控制70°C，得到氢氧化镁沉淀，过滤得到滤液为氯化钡溶液，再经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等得到氯化钡晶体．
（1）四氯化硅水解生成原硅酸和氯化氢；
（2）由题目信息可知，SiCl₄蒸汽与NH₃在高温条件下得到Si₃N₄，同时生成HCl；
（3）由pH=3.4时，Fe³⁺离子转化为氢氧化铁，当调节PH=7时能促使Fe³⁺离子沉淀完全；
（4）滤液②中加入NaOH溶液调节溶液pH=12.5，溶液中镁离子与氢氧根离子反应生成氢氧化镁沉淀；
（5）从溶液中获得晶体，需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等；
（6）根据Ba元素质量守恒计算m（BaCl₂•2H₂O）．

解答 解：四氯化硅控制温度40°C，加入水过滤得到原硅酸，则发生水解反应生成原硅酸和氯化氢，过滤得到盐酸溶液，加入钡矿粉主要成分为BaCO₃，且含有铁、镁等离子，调节溶液pH=7，使BaCO₃转化为BaCl₂，同时使Fe³⁺完全沉淀，过滤得到滤渣为氢氧化铁，滤液加入氢氧化钠溶液调节溶液pH=12.5，控制70°C，得到氢氧化镁沉淀，过滤得到滤液为氯化钡溶液，再经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等得到氯化钡晶体．
（1）四氯化硅水解生成原硅酸和氯化氢，反应方程式为：SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl，故答案为：SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl；
（2）由题目信息可知，SiCl₄蒸汽与NH₃在高温条件下得到Si₃N₄，同时生成HCl，化学方程式为：3SiCl₄+4NH₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl，
故答案为：3SiCl₄+4NH₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl；
（3）由pH=3.4时，Fe³⁺离子转化为氢氧化铁，当调节PH=7时能促使Fe³⁺离子沉淀完全，盐酸和碳酸钡反应生成氯化钡和二氧化碳、水，加钡矿粉并调节pH=7的作用是使BaCO₃转化为BaCl₂，使Fe³⁺离子沉淀完全，
故答案为：使Fe³⁺离子沉淀完全；
（4）滤液②中加入NaOH溶液调节溶液pH=12.5，溶液中镁离子与氢氧根离子反应生成氢氧化镁沉淀，反应离子方程式为：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，
故答案为：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；
（5）BaCl₂滤液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤，再经真空干燥后得到BaCl₂•2H₂O，故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（6）根据Ba元素质量守恒：n（BaCl₂•2H₂O）=n（BaCO₃），则m（BaCl₂•2H₂O）×=n（BaCl₂•2H₂O）×M（BaCl₂•2H₂O）=$\frac{10t×78%}{197g/mol}$×244g/mol=9.76t，
故答案为：9.76．

点评 本题考查制备实验方案、物质分离和提纯、对条件控制分析与评价、化学计算等，充分考查了学生的分析、理解能力及知识迁移运用的能力，难度中等．