Question

1．制备多晶硅（硅单质的一种）的副产物以SiCI₄为主，其对环境污染很大，遇水强烈水解，放出大量热量．研究人员利用SiCl₄水解生成的盐酸和钡矿粉（主要成份为BaCO₃，且含有钙、铁、镁等离子）制备BaCl₂•2H₂O，工艺流程如图：
已知：常温下Fe³⁺、Mg²⁺完全沉淀的pH分别是：3.4、12.4．
（1）①SiCl₄水解控制在40℃以下的原因是防止HCl挥发污染环境或控制SiCl₄的水解速率，防止反应过于剧烈．
    ②已知：SiCl₄（s）+H₂（g）=SiHCl₃（s）+HCl（g）△H₁=47kJ/mol　　
           SiHCl₃（s）+H₂（g）=Si（s）+3HCl（g）△H₂=189kJ/mol
则SiCl₄被H₂还原制备硅的热化学方程式为SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+236kJ/mol．
（2）加钡矿粉时生成BaCl₂的离子反应方程式是BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂+H₂O↑．
（3）过滤②的滤渣A的化学方程式为Fe（OH）₃，接着往滤渣中加20%NaOH调节pH=12.5，控制温度70℃时，滤渣B的主要成分的化学式为Mg（OH）₂，控制温度70℃的目的是确保钙离子完全除去（或温度越高，Ca（OH）₂溶解度越小）．
（4）滤液③经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等操作，再经真空干燥后得到BaCl₂•2H₂O．

Answer 1

分析 根据流程图可知SiCl₄水解生成的盐酸和原硅酸，过滤得到盐酸，盐酸与钡矿粉反应，主要生成BaCl₂，同时溶液中含有钙、铁、镁等离子，通过调节PH值一一除去，最终得到BaCl₂•2H₂O．
（1）氯化硅水解生成原硅酸和氯化氢；温度越高，氯化硅的水解速率越大，氯化氢的挥发越强；将两个方程式相加即得则由SiCl₄制备硅的热化学方程式，注意焓变进行相应的改变；
（2）加钡矿粉时生成BaCl₂是碳酸钡溶解于酸中反应生成；
（3）根据氢氧化铁和氢氧化镁完全沉淀所需溶液的PH值确定滤渣的成分；根据氢氧化钙溶解度随温度升高减小；
（4）根据从溶液中析出固体的方法分析解答．

解答 解：（1）氯化硅水解生成原硅酸和氯化氢，水解方程式为SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl，温度高时，氯化硅的水解速率增大，氯化氢的挥发增强，且氯化氢能污染环境，温度较低时，能防止HCl挥发污染环境或控制SiCl₄的水解速率，防止反应过于剧烈，
由盖斯定律可知：将方程式SiCl₄（s）+H₂（g）=SiHCl₃（s）+HCl（g）△H₁=+47kJ/mol和SiHCl₃（s）+H₂（g）=Si（s）+3HCl（g）△H₂=+189kJ/mol相加得SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+236kJ/mol，
故答案为：防止HCl挥发污染环境或控制SiCl₄的水解速率，防止反应过于剧烈；SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+236kJ/mol；
（2）碳酸钡和盐酸反应生成氯化钡，反应的方程式为：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂+H₂O↑；
故答案为：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂+H₂O↑；
（3）当pH=3.4时，铁离子完全生成沉淀，所以当pH=7时，滤渣A的成分是氢氧化铁；当pH=12.4时，镁离子完全沉淀生成Mg（OH）₂，所以当pH=12.5时，滤渣B的成分是氢氧化镁；控制温度70℃的目的是确保钙离子完全除去；
故答案为：Fe（OH）₃；Mg（OH）₂；确保钙离子完全除去（或温度越高，Ca（OH）₂溶解度越小）；
（4）从溶液中制取固体的方法是：蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤；
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶．

点评 本题考查了物质制备流程分析判断，物质性质的应用，盐类水解、沉淀形成条件，杂质除去方法，试剂选择，离子方程式书写，盖斯定律应用，题目难度中等．