题目内容
高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，是制备半导体的重要材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。高纯硅通常用以下方法制备：用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅（含Fe、Al、B、P等杂质），粗硅与氯气反应生成四氯化硅（反应温度为450～500℃），四氯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图。
相关信息：a．四氯化硅遇水极易水解；b．硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接化合生成相应的氯化物；c．有关物质的物理常数见下表：
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物质 |
SiCl4 |
BCl3 |
AlCl3 |
FeCl3 |
PCl5 |
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沸点/℃ |
57.7 |
12.8 |
— |
315 |
— |
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熔点/℃ |
－70.0 |
－107.2 |
— |
— |
— |
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升华温度/℃ |
— |
— |
180 |
300 |
162 |
请回答下列问题：
（1）仪器e的名称为____________，装置A中f管的作用是_______________________________________，其中发生反应的离子方程式为_____ ____________________________________ _______。
（2）装置B中的试剂是____________。
（3）某学习小组设计了以下两种实验方案：方案甲：g接装置Ⅰ；方案乙：g接装置Ⅱ。但是甲乙两个方案中虚线内装置均有不足之处，请你评价后填写下表。
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方案 |
不足之处 |
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甲 |
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乙 |
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（4）在上述（3）的评价基础上，请设计一个合理方案：___________ ________ 。
（5）通过上述合理的装置制取并收集到的粗产物可通过精馏（类似多次蒸馏）得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是 （填写元素符号）。
（1）蒸馏（具支）烧瓶（1分）；平衡压强，使液体从分液漏斗中顺利流下（2分）
MnO2＋4H＋＋2Cl－
Mn2＋＋2H2O＋Cl2↑（2分）
（2）饱和食盐水（1分）
（3）
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方案 |
不足之处 |
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甲 |
①空气中的水蒸气进入产品收集装置，使产品水解；②没有尾气处理，氯气 会污染空气（2分） |
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乙 |
①收集产品的导管太短，易堵塞；②没有冷凝装置，产品易损失（2分） |
（4）在装置I的i处连接干燥管j（2分）
（5）Al、P、Cl（3分）
【解析】
试题分析：（1）根据仪器的结构可知，仪器e是蒸馏（具支）烧瓶。f管是将分液漏斗与烧瓶相连，则它们中的压强是相等的，这样便于分液漏斗中的盐酸能顺利滴下。装置A是制备氯气的，实验室用浓盐酸与二氧化锰在加热的条件下制备，因此该反应的离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋2H2O＋Cl2↑。
（2）由于浓盐酸易挥发，因此生成的氯气中含有氯化氢，对后续的实验造成干扰，需要除去氯化氢，因此装置B中的试剂是饱和食盐水，用来除去氯气中的氯化氢气体。
（3）SiCl4的沸点很低，只有57.7℃，而反应的温度达几百度，故需要冷凝收集。又因为四氯化硅极易水解，而甲方案中g接装置Ⅰ，h与空气直接相连，则空气中的水蒸气进入产品收集装置，使产品水解；另外氯气有毒，需要尾气处理，而甲方案中没有尾气处理，氯气会污染空气；在乙方案中g接装置Ⅱ，由于四氯化硅冷凝后变为固体，易堵塞导管口。另外没有冷凝装置，产品易损失。
（4）由于四氯化硅易水解，因此需要有干燥装置，所以在方案甲的基础上在装置I的i处连接干燥管j即可。
（5）从物质的物理性质表可发现，AlCl3、FeCl3和PCl5均易升华，故精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是还应还有Al、P、Cl元素。
考点：考查四氯化硅制备实验的方案设计与评价
