Question

6．半导体生产的外延生长工序中，常需要控制掺杂，以保证控制电阻率，其中三氯化磷（PCl₃）是一种重要的掺杂剂．实验室要用黄磷与干燥的Cl₂模拟工业生产制取PCl₃，用图1装置制取Cl₂，图2装置制取PCl₃，部分仪器已省略．已知黄磷与少量Cl₂反应生成PCl₃．与过量Cl₂反应生成PCl₅、PCl₃遇O₂会生成POCl₃、POCl₃溶于PCl₃，PCl₃遇水会强烈水解生成H₃PO₃和HCl．

物质	熔点/℃	沸点/℃
PCl3	-112	75.5
POCl3	2	105.3

请根据以上信息，回答下列问题：
（1）仪器乙的名称蒸馏烧瓶；
（2）冷凝管中的冷却水从a口进（填“a”或“b”）；
（3）写出实验室制氯气的离子方程式MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（4）向仪器甲中通入干燥Cl₂之前，应先通入一会干燥CO₂，其目的是排尽甲装置中的空气，防止生成的PCl₃与空气中的O₂和H₂O反应；
（5）碱石灰的作用是吸收多余氯气防止污染空气，防止空气中的水蒸气进入烧瓶中与PCl₃反应；
（6）已知PCl₅遇水发生强烈水解生成两种酸，写出PCl₅与水反应的化学方程式PCl₅+4H₂O═5HCl+H₃PO₄；
（7）粗产品中常含有POCl₃、PCl₅等．加入黄磷加热除去PCl₅后，通过蒸馏（填实验操作名称），即可得到纯净的PCl₃；
（8）测定产品中PCl₃的质量分数：迅速称取ag产品，加水反应后配成250mL溶液，取出25.00mL加入过量的c₁mol•L^-1V₁mL碘溶液，充分反应后再用c₂mol•L^-1Na₂S₂O₃溶液滴定过量的碘，终点时消耗V₂mLNa₂S₂O₃溶液．已知：H₃PO₃+H₂O+I₂=H₃PO₄+2H1：I₂+2Na₂S₂O₃=2Na1+Na₂S₄O₆；假设测定过程中没有其他反应．根据上述数据：该产品中PC1₃的质量分数为$\frac{（{c}_{1}{V}_{1}-\frac{1}{2}{C}_{2}{V}_{2}）×1{0}^{-3}×137.5×10}{a}$×100%（用含字母的代数式表示）．

Answer 1

分析 实验室要用黄磷（白磷）与干燥的Cl₂模拟工业生产制取PCl₃流程为：A装置浓盐酸和二氧化锰二者反应生成氯化锰、氯气和水，制得氯气，因PCl₃遇水会强烈水解，所以氯气需干燥，B装置利用浓硫酸干燥氯气，K₃利用二氧化碳排尽装置中的空气，防止黄磷（白磷）自燃，PCl₃沸点为75.5℃，利用E装置防止PCl₃挥发（冷凝），蒸馏烧瓶乙中得到的粗产品含有POCl₃、PCl₅等．加入黄磷加热除去PCl₅后，POCl₃与PCl₃都是液体，沸点相差较大，故可以用蒸馏的方法进行分离，因尾气中含有有毒气体氯气，且空气中水蒸气可能进入装置，所以用F装置利用碱石灰吸收多余的Cl₂，防止空气中的水蒸气进入烧瓶和PCl₃反应．
（1）仪器乙为蒸馏烧瓶；
（2）为充分冷凝，使冷水充满冷凝器，因此冷却水采取逆流原理；
（3）A装置中二氧化锰和浓盐酸反应制取氯气，反应为MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，据此书写离子反应方程式；
（4）由于PCl₃遇O₂、遇水都会反应，所以通入一段时间的CO₂可以排尽装置中的空气，避免水和氧气与三氯化磷发生反应；
（5）碱石灰吸收多余氯气防止污染空气，防止空气中的水蒸气进入影响产品纯度；
（6）PCl₅遇水发生强烈水解生成两种酸，水解生成氯化氢和磷酸；
（7）依据物质的沸点数值不同，可以利用蒸馏的方法分离出三氯化磷；
（8）依据反应的化学方程式H₃PO₃+H₂O+I₂=H₃PO₄+2HI；I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆ 计算，注意溶液体积的变化．

解答 解：（1）仪器乙烧瓶带有支管口，为蒸馏烧瓶，蒸馏烧瓶乙中得到的粗产品含有POCl₃、PCl₅等，加入黄磷加热除去PCl₅后，POCl₃与PCl₃都是液体，沸点相差较大，故可以用蒸馏的方法进行分离，
故答案为：蒸馏烧瓶；
（2）冷凝管应从下口进水，上口出水，以保证水充满冷凝管，起到充分冷凝的作用，所以冷却水从a口进入，
故答案为：a；
（3）A装置中，加热条件下，浓盐酸和二氧化锰二者反应生成氯化锰、氯气和水，离子方程式为MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，
故答案为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（4）由于PCl₃遇O₂会生成POCl₃，遇水生成H₃PO₃和HCl，通入一段时间的CO₂可以排尽装置中的空气，防止生成的PCl₃与空气中的O₂和水反应；
故答案为：排尽甲装置中的空气，防止生成的PCl₃与空气中的O₂和H₂O反应；
（5）氯气有毒，污染空气，碱石灰吸收多余氯气防止污染空气，防止空气中的水蒸气进入影响产品纯度，
故答案为：吸收多余氯气防止污染空气，防止空气中的水蒸气进入烧瓶中与PCl₃反应；
（6）PCl₅遇水发生强烈水解生成两种酸，PCl₅水解的实质是磷离子和氢氧根离子结合，氯离子和氢离子结合，即PCl₅+4H₂O═5HCl+H₃PO₄，
故答案为：PCl₅+4H₂O═5HCl+H₃PO₄；
（7）由信息可知，POCl₃与PCl₃都是液体，沸点相差较大，故可以用蒸馏的方法进行分离，
故答为：蒸馏；
（8）H₃PO₃+H₂O+I₂=H₃PO₄+2HI；I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆，依据化学方程式可知H₃PO₃物质的量和PCl₃的物质的量相同，25ml溶液中和H₃PO₃反应的碘单质物质的量为c₁mol•L^-lV₁mL×10^-3-$\frac{1}{2}$×c₂mol•L^-1×V₂mL；所以250ml溶液中H₃PO₃物质的量=碘单质物质的量为（c₁mol•L^-lV₁mL×10^-3-$\frac{1}{2}$×c₂mol•L^-1×V₂mL）×10，
该产品中PCl₃的质量分数为：$\frac{（{c}_{1}{V}_{1}-\frac{1}{2}{C}_{2}{V}_{2}）×1{0}^{-3}×137.5×10}{a}$×100%，
故答案为：$\frac{（{c}_{1}{V}_{1}-\frac{1}{2}{C}_{2}{V}_{2}）×1{0}^{-3}×137.5×10}{a}$×100%．

点评 本题考查阅读获取信息的能力、对实验原理理解等，题目难度中等，是对知识的综合运用，需要学生具有扎实的基础与综合运用分析解决问题的能力，注意题中信息PCl₃遇O₂会生成POCl₃，POCl₃溶于PCl₃，PCl₃遇水会强烈水解生成H₃PO₃和HCl．PCl₃、POCl₃的熔沸点为解答关键．