Question

16．某实验小组模拟工业上用SiHC1₃与H₂在1357K的条件下制备高纯硅，实验装置如下图所示（加热及夹持装置略去）：

已知SiHC1₃的性质如下：沸点为33.0℃，密度为1.34g/mL，易溶于有机溶剂，能与H₂O剧烈反应；在空气中易被氧化．请回答：
（1）组装好仪器后，应先进行的操作是检查装置的气密性．
（2）①装置B中的试剂是浓硫酸，②装置D中发生反应的化学方程式为SiHCl₃+H₂ $\frac{\underline{\;1357K\;}}{\;}$Si+3HCl．
（3）装置E中CCl₄的作用为四氯化碳吸收未反应的SiHCl₃、防止倒吸．
（4）相关实验步骤如下．其合理顺序为②①⑤④③（填序号）．
①加热装置D至1357K；②打开K₁，装置A中反应一段时间：③关闭K₁；④关闭K₂；⑤加热装置C，打开K₂，滴加6.5mLSiHC1₃．
（5）计算SiHC1₃的利用率：对装置E中液体进行分液操作后，取上层液体20.00mL转移至锥形瓶中，滴加几滴酚酞溶液．用0.10mol/L盐酸滴定，达到滴定终点的现象是溶液变为无色，且半分钟内不出现红色，进行三次平行滴定，平均每次消耗盐酸20.00mL，则SiHC1₃的利用率为93.34%（保留两位小数）．

Answer 1

分析 A装置制备氢气，B装置中盛放浓硫酸干燥氢气，防止SiHCl₃水解，利用生成的氢气排尽装置内空气，防止安全事故的发生，再在D中反应得到高纯硅，同时生成HCl气体，D装置中四氯化碳吸收未反应的SiHCl₃，氢氧化钠溶液吸收HCl，还可以防止倒吸，最后可以利用燃烧法处理氢气．
（1）组装好仪器后，实验室制备气体发生的反应，装置不能漏气；
（2）装置B中试剂是干燥氢气的干燥剂，可以选择浓硫酸，D中氢气与SiHCl₃反应生成Si与HCl；
（3）吸收SiHCl₃及HCl，并防止倒吸；
（4）先通入氢气，排尽装置中空气，再加热石英管，提高原理利用率，反应完毕停止通氢气；
（5）滴定终点时，氢氧化钠完全反应，溶液红色褪去；
氢氧化钠物质的量等于生成的HCl与后加入HCl的物质的量之和，可以计算生成HCl的物质的量，再根据方程式计算参加反应SiHCl₃的质量，进而计算其利用率．

解答 解：A装置制备氢气，B装置中盛放浓硫酸干燥氢气，防止SiHCl₃水解，利用生成的氢气排尽装置内空气，防止安全事故的发生，再在D中反应得到高纯硅，同时生成HCl气体，D装置中四氯化碳吸收未反应的SiHCl₃，氢氧化钠溶液吸收HCl，还可以防止倒吸，最后可以利用燃烧法处理氢气．
（1）组装好仪器后，实验室制备气体发生的反应，应先进行的操作是检查装置的气密性，
故答案为：检查装置的气密性；
（2）①B装置中盛放浓硫酸干燥氢气，故答案为：浓硫酸；
②D中氢气与SiHCl₃反应生成Si与HCl，反应方程式为：SiHCl₃+H₂ $\frac{\underline{\;1357K\;}}{\;}$Si+3HCl，
故答案为：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1357K\;}}{\;}$ Si+3HCl；
（3）装置E的作用为：四氯化碳吸收未反应的SiHCl₃，氢氧化钠溶液吸收HCl，还可以防止倒吸，
故答案为：四氯化碳吸收未反应的SiHCl₃；防止倒吸；
（4）先通入氢气，排尽装置中空气，再加热石英管，提高原理利用率，反应完毕停止通氢气，②打开K₁，装置A中反应一段时间，①加热装置D至1357K：；⑤加热装置C，打开K₂，滴加6.5mLSiHC1₃；④关闭K₂；③关闭K₁，其合理顺序为：②①⑤④③，
故答案为：②①⑤④③；
（5）滴定终点时，氢氧化钠完全反应，溶液红色褪去，且半分钟不变色；
氢氧化钠物质的量等于生成的HCl与后加入HCl的物质的量之和，则生成HCl的物质的量=0.2L×1mol/L-0.02L×0.1mol/L×$\frac{200ml}{20ml}$=0.18mol，由SiHCl₃+H₂ $\frac{\underline{\;1357K\;}}{\;}$Si+3HCl，可知参加反应SiHCl₃为 $\frac{0.18mol}{3}$=0.06mol，故SiHCl₃的利用率为 $\frac{0.06mol×135.5g/mol}{6.5ml×1.34g/mol}$×100%=93.34%，
故答案为：溶液红色褪去，且半分钟不变色；93.34．

点评 本题考查物质制备实验方案设计，侧重考查学生获取信息和利用、基本操作能力，明确实验原理是解本题关键，题目难度中等．