Question

14．晶体硅是一种重要的非金属材料，工业上用碳在高温下还原石英砂（主要成份为含铁、铝等杂质的二氧化硅）得粗硅，粗硅与氛气在450-500℃条件下反应生成四氯化硅，四氯化硅经提纯后与过量H₂在1100℃-1200℃条件下反应制得高纯硅．以下是实验室制备SiCl₄的装置示意图．
 
实验过程中，石英砂中的铁、铝等杂质也能转化为相应氯化物，SiCl₄，A1C1₃，FeCl₃遇水均易水解，有关物质的物理常数见下表：

物质	SiC14	A1C13	FeC13
沸点/℃	57.7	-	315
熔点/℃	-70.0	-	-
升华温度/℃	-	180	300

请回答下列问题：
（1）实验室制备氯气有以下五步操作，其正确操作顺序为④③⑤②①（填标号）．
①向烧瓶中装入二氧化锰固体，向分液漏斗中加入浓盐酸
②检查装置的气密性
③把酒精灯放在铁架台上，根据酒精灯火焰确定铁圈高度，固定铁圈，放上石棉
④在烧瓶上装好分液漏斗，安装好导气管
⑤将烧瓶固定在铁架台上
（2）装置A的硬质玻璃管中发生主要反应的化方程式是2C+SiO₂+2Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiCl₄+2CO↑．装置A．B间导管短且粗的原因是防止生成物中的AlCl₃、FeCl₃等杂质凝结成固体堵塞导管；验中尾气处理的方法是连接一个加热的装有CuO粉末的反应管．
（3）装置B中e瓶收集到的粗产物可通过精馏（类似多次蒸馏）得到高纯度四氛化硅．在精馏过程中，不可能用到的仪器有CD（填正确答案标号）．
A．圆底烧瓶　B．温度计　C．吸滤瓶　D．球形冷凝管　E．接收器
（4）装置D中的Na₂SO₃的作用主要是吸收未反应完的Cl₂请设计一个实验，证明装置D中的Na₂SO₃已被氧化（简述实验步骤）：取少量溶液置于洁净的试管中，向其中滴加稀盐酸至不再产生气体，再向其中滴入氯化钡溶液，若产生白色沉淀，证明亚硫酸钠被氧化．
（5）SiCl₄极易水解，其完全水解的产物为H₄SiO₄（或H₂SiO₃）和HCl．H₂还原SiCl₄制得高纯硅的过程中若混入O₂，可能引起的后果是可能引起爆炸；硅被氧化得不到高纯硅．

Answer 1

分析 A中发生二氧化硅和碳和氯气反应生成四氯化硅，由信息可知，四氯化硅的沸点低，则B装置冷却可收集四氯化硅，C可防止防止B右端的水蒸气进入B与四氯化硅反应，造成产物不纯，最后D处理含氯气的尾气．
（1）在实验室中由浓盐酸和二氧化锰制备氯气，按照先下后上，先左后右的原则搭建实验装置，因制备气体，所以需检查装置的气密性，然后装入药品进行制备；
（2）在D装置中二氧化硅和碳和氯气反应生成四氯化硅和一氧化碳；产物中有AlCl₃、FeCl₃防止凝结成固体堵塞导管，尾气主要为一氧化碳，可用氧化铜检验；
（3）根据精馏（类似多次蒸馏）原理，精馏过程中不可能用到吸滤瓶和球形冷凝器管；
（4）氯气有强氧化性，亚硫酸根离子有还原性，所以氯气和亚硫酸根离子能发生氧化还原反应生成硫酸根离子、氯离子和氢离子；如果亚硫酸钠被氧化会生成硫酸钠，根据硫酸根离子的检验方法检验即可；
（5）SiCl₄极易水解，生成原硅酸和氯化氢，氢气和氧气混合在加热的条件下易发生爆炸，硅易与氧气反应生成氧化硅．

解答 解：（1）加热条件下，实验室用浓盐酸和二氧化锰制取氯气，二者反应生成氯化锰、氯气和水，方程式为：MnO₂+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，搭建实验装置应先下后上，先左后右的原则，所以先在烧瓶上装好分液漏斗，安装好导气管，把酒精灯放在铁架台上，根据酒精灯火焰确定铁圈高度，固定铁圈，放上石棉，将烧瓶固定在铁架台上，因制备气体，所以需检查装置的气密性，然后装入药品，所以检查装置的气密性，向烧瓶中装入二氧化锰固体，向分液漏斗中加入浓盐酸，即正确操作顺序为④③⑤②①，
故答案为：③⑤②①；
（2）在A装置中二氧化硅和碳和氯气反应生成四氯化硅和一氧化碳，反应为：2C+SiO₂+2Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiCl₄+2CO↑，生成物中有AlCl₃、FeCl₃等杂质，凝结成固体堵塞导管，所以装置A．B间导管短且粗，尾气主要为一氧化碳，氧化铜和一氧化碳在加热的条件下反应生成二氧化碳和铜，铜为红色固体，所以可用氧化铜验尾气，
故答案为：2C+SiO₂+2Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiCl₄+2CO↑；防止生成物中的AlCl₃、FeCl₃等杂质凝结成固体堵塞导管；连接一个加热的装有CuO粉末的反应管；
（3）吸滤瓶用于减压过滤装置中，与精馏（类似多次蒸馏）无关，球形冷凝管含有球形部分区域，不适合精馏，蒸馏需圆底烧瓶盛放待蒸馏的液体，需温度计测量蒸气的温度，需接收器接受馏分，
故答案为：CD；
（4）亚硫酸钠被氧化生成硫酸钠，只有验证硫酸根离子的存在就可证明亚硫酸钠已经被氧化，检验硫酸根离子的存在选用试剂稀盐酸和氯化钡溶液，实验设计如下：取少量溶液置于洁净试管中，向其中加入稀盐酸至不再产生气体，再向其中滴入氯化钡溶液，若产生白色沉淀，证明Na₂SO₃已被氧化，
故答案为：取少量溶液置于洁净的试管中，向其中滴加稀盐酸至不再产生气体；再向其中滴入氯化钡溶液，若产生白色沉淀，证明亚硫酸钠被氧化；
（5）SiCl₄水解反应方程式为：SiCl₄+4H₂O═H₄SiO₄↓+4HCl↑，生成原硅酸氯化氢，原硅酸易失去水生成硅酸H₂SiO₃，H₂还原SiCl₄制得高纯硅的过程中若混入O₂，可能引起爆炸，硅被氧化得不到高纯硅，
故答案为：H₄SiO₄（或H₂SiO₃）和HCl；可能引起爆炸；硅被氧化得不到高纯硅．

点评 本题考查制备实验方案的设计，综合了氯气的制法、硅的提纯、SiCl₄的制备等实验知识，注意把握制备原理及实验流程中的反应、物质的性质等为解答的关键，侧重分析与实验能力的综合考查，题目难度中等．