Question

【题目】通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅，粗硅(合铁、铝、硼、磷等杂质)与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450-500℃)，四氧化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。(D的硬质玻璃管中盛装粗硅)

相关信息如下:a.四氧化硅遇水极易反应生成硅酸和氯化氢；

b.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；

c.有关物质的物理常数见下表:

物质	SiCl4	BCl3	AlCl3	FeCl3	PCl5
沸点/℃	57.7	12.8	—	315	—
熔点/℃	－70.0	－107.2	—	—	—
升华温度/℃	—	—	180	300	162

请回答下列问题:

(1)写出用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅的化学方程式_________________________。

(2)写出装置A中发生反应的离子方程式__________________________________。

(3)装置A中g管的作用是_________________；装置C中的试剂是____________；

(4)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过多次蒸馏得到高纯度四氯化硅，蒸馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是________(填写元素符号)。

(5)写出尾气处理装置中发生反应的离子方程式___________________________。

(6)本题实验装置中有一明显的不足之处，请简述你的改进方案及理由: ___________。

Answer 1

【答案】 2C+SiO2Si+2CO MnO2+4H+ +2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2O 平衡压强，保证分液漏斗中的溶液顺利流下 浓硫酸 Al、P Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O 装置D和装置E中间的连接管较细，应改为粗管，防止气体冷凝形成液态或固态物质堵塞导管而发生危险

【解析】(1)碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅的化学方程式为2C+SiO2Si+2CO。(2)装置A制备氯气，其中发生反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。(3)浓盐酸有挥发性，故分液漏斗要加盖，加盖后如没有g管，则盐酸就不易流下去，g管的作用是平衡压强，使液体顺利流出并防止漏气；生成的氯气反应前需要干燥，则装置C中的试剂是浓硫酸；(4)D中氯气与粗硅反应生成SiCl4，h瓶收集粗产物，精馏粗产品可得高纯度四氯化硅，由表中数据可以看出，蒸出SiCl4气体时，BCl3早已成气体被蒸出，而AlCl3、FeCl3、PCl5升华温度均高于SiCl4的沸点，所以当SiCl4蒸出后，而AlCl3、FeCl3、PCl5还为固体留在瓶里，除铁元素外可能还含有的杂质元素是Al、P；(5)氯气一般用氢氧化钠溶液处理，尾气处理装置中发生反应的离子方程式为Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O。(6)四氯化硅在常温下易液化，如果收集产品的导管太细易堵塞导管，所以不足是装置D和装置E中间的连接管较细，应改为粗管，防止气体冷凝形成液态或固态物质堵塞导管而发生危险。

本题为传统的综合实验方案设计题，综合了氯气的制法、硅的提纯等了实验知识。掌握基础、相关物质的性质以及实验原理是解答的关键，注意掌握实验方案的设计要点及评价角度。实验方案的设计要明确以下要点：实验过程中的安全性操作、注意仪器的规格、要防倒吸、防爆炸、防燃烧、防暴沸、防氧化、防吸水、冷凝、冷却、水浴加热时采取相应措施等。