Question

6．高温下，粗硅与纯净的氯气反应，生成四氯化硅（SiCl₄），再用氢气还原四氯化硅得到高纯硅．某实验小组在实验室制备并收集四氯化硅，装置示意图如下：

【查阅资料】四氯化硅极易与水反应，其熔点为-70.0℃，沸点为57.7℃．
回答下列问题：
（1）①装置A用于制备氯气，应选用下列哪个装置Ⅱ（填序号）．

②装置A中反应的离子方程式为MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
（2）装置B中X试剂是（填名称），装置C的作用是除去Cl₂中混有的水蒸气．
（3）装置E中冰水混合物的作用是使四氯化硅冷凝．
（4）有同学认为装有碱石灰的干燥管可用装有NaOH溶液的烧杯代替，你认为不合理（填“合理”或“不合理”），理由是因为NaOH溶液只能吸收Cl₂，而溶液的水蒸气会进入装置E中．
（5）某同学为了测定四氯化硅的纯度，取所得四氯化硅样品m g，用氢气在高温下还原，得到高纯硅 n g，则样品中四氯化硅的纯度是$\frac{85n}{14m}$×100%．

Answer 1

分析 高温下，粗硅与纯净的氯气反应，生成四氯化硅（SiCl₄），再用氢气还原四氯化硅得到高纯硅，四氯化硅极易与水反应，装置A中是氯气的发生装置，生成的氯气通过装置B中X为饱和食盐水除去氯化氢气体，通过装置C中的浓硫酸除去水蒸气，得到干燥纯净的氯气进入中和粗硅反应生成四氯化硅，进入装置E冰水冷却得到纯净的四氯化硅，四氯化硅极易与水反应，装置F是防止空气中的水蒸气进入装置E中，
（1）①实验室是利用浓盐酸和二氧化锰加热反应生成气体，属于固体+液体$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$气体，选择氯气制备的发生装置；
②A中反应是浓盐酸和二氧化锰加热反应生成氯化锰、氯气和水，据此书写离子方程式；
（2）氯气中含氯化氢和水蒸气，氯化氢用饱和食盐水除去，水蒸气用浓硫酸除去；
（3）四氯化硅熔点为-70.0℃，冰水冷却使四氯化硅冷凝；
（4）四氯化硅极易与水反应，溶液中水蒸气会进入装置E；
（5）计算硅的物质的量得到四氯化硅物质的量，计算质量得到粗硅纯度；

解答 解：高温下，粗硅与纯净的氯气反应，生成四氯化硅（SiCl₄），再用氢气还原四氯化硅得到高纯硅，四氯化硅极易与水反应，装置A中是氯气的发生装置，生成的氯气通过装置B中X为饱和食盐水除去氯化氢气体，通过装置C中的浓硫酸除去水蒸气，得到干燥纯净的氯气进入中和粗硅反应生成四氯化硅，进入装置E冰水冷却得到纯净的四氯化硅，四氯化硅极易与水反应，装置F是防止空气中的水蒸气进入装置E中，
（1）①实验室是利用浓盐酸和二氧化锰加热反应生成气体，属于固体+液体$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$气体，装置A用于制备氯气，应选用下列装置Ⅱ，故答案为：Ⅱ；
②A中反应是浓盐酸和二氧化锰加热反应生成氯化锰、氯气和水，据此书写离子方程式为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，
故答案为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）氯气中含氯化氢和水蒸气，氯化氢用饱和食盐水除去，水蒸气用浓硫酸除去，装置B中X试剂是（填名称）饱和食盐水，装置C的作用是；除去Cl₂中混有的水蒸气，
故答案为：饱和氯化钠溶液；除去Cl₂中混有的水蒸气；
（3）四氯化硅熔点为-70.0℃，装置E中冰水混合物的作用是使四氯化硅冷凝，
故答案为：使四氯化硅冷凝；
（4）四氯化硅极易与水反应，溶液中水蒸气会进入装置E会和四氯化硅发生反应不能得到纯净四氯化硅，因为NaOH溶液只能吸收Cl₂，而溶液的水蒸气会进入装置E中，
故答案为：不合理；因为NaOH溶液只能吸收Cl₂，而溶液的水蒸气会进入装置E中；
（5）取所得四氯化硅样品m g，用氢气在高温下还原，得到高纯硅 n g，硅物质的量n（Si）=$\frac{ng}{28g/mol}$=$\frac{n}{28}$mol，
硅元素守恒得到则样品中四氯化硅的纯度=$\frac{\frac{n}{28}mol×170g/mol}{mg}$×100%=$\frac{85n}{14m}$×100%  
故答案为：$\frac{85n}{14m}$×100%．

点评 本题考查了物质组成的实验探究和性质分析判断，物质的检验方法和反应现象是解题关键，掌握基础是关键，题目难度中等．