Question

13．半导体生产中常需要控制掺杂，以保证控制电阻率，三氯化磷（PCl₃）是一种重要的掺杂剂．实验室要用黄磷（即白磷）与干燥的Cl₂在曲颈瓶中模拟工业生产制取PCl₃，装置如图所示：（部分夹持装置略去）

已知黄磷与少量Cl₂反应生成PCl₃，与过量Cl₂反应生成PCl₅．PCl₃遇水会强烈水解生成H₃PO₃和HCl；遇O₂会生成POCl₃，POCl₃溶于PCl₃．PCl₃、POCl₃的熔沸点如表：

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

请回答下列问题：
（1）B中所装试剂是浓H₂SO₄；E中冷水的作用是冷凝PCl₃防止其挥发．
（2）F中碱石灰的作用是吸收多余的氯气，防止空气中的水蒸汽进入烧瓶中和PCl₃ 反应．
（3）实验时，检查装置气密性后，先打开K₃通入干燥的CO₂，再迅速加入黄磷．通干燥CO₂的作用是排尽装置中的空气，防止白磷自燃．
（4）粗产品中常含有POC1₃、PCl₅等．加入黄磷加热除去PCl₅后，通过蒸馏（填实验操作名称），即可得到较纯净的PCl₃．
（5）实验结束时，可以利用C中的试剂吸收多余的氯气，C中反应的离子方程式为Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+2H₂O．
（6）通过下面方法可测定产品中PCl₃的质量分数：
①迅速称取1.00g产品，加水反应后配成250mL溶液；
②取以上溶液25.00mL，向其中加入10.00mL 0.1000mol/L碘水，充分反应；
③向②所得溶液中加入几滴淀粉溶液，用0.1000mol/L的Na₂S₂O₃，溶液滴定；
④重复②、③操作，平均消耗Na₂S₂O₃溶液8.40mL．
已知：H₃PO₃+I₂=H₃PO₄+2HI，I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆，
根据上述数据，假设测定过程中没有其他反应，该产品中PCl₃的质量分数为79.75%．

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，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），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）氯气为酸性气体，需用酸性干燥剂干燥，三氯化磷沸点低，可用冷水冷凝收集；
（2）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；
（3）白磷能自燃，通入二氧化碳赶净空气；
（4）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；
（5）氢氧化钠与氯气反应生成氯化钠和次氯酸钠；
（6）依据反应的化学方程式H₃PO₃+H₂O+I₂=H₃PO₄+2HI、I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆ 可知n（H₃PO₃）=n（I₂）_总-n（Na₂S₂O₃）×$\frac{1}{2}$，25mL溶液中H₃PO₃的物质的量等于三氯化磷的物质的量，再求出三氯化磷的总物质的量和质量，然后求出质量分数．

解答 解：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），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）因PCl₃遇水会强烈水解，所以氯气需干燥，氯气和浓硫酸不反应，所以能用浓硫酸干燥氯气，PCl₃沸点为75.5℃，利用E装置防止PCl₃挥发（冷凝），
故答案为：浓硫酸；冷凝PCl₃防止其挥发；
（2）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，
故答案为：吸收多余的氯气，防止空气中的水蒸汽进入烧瓶中和PCl₃ 反应；
（3）通入一段时间的CO₂可以排尽装置中的空气，防止白磷与空气中的氧气发生自燃；
故答案为：排尽装置中的空气，防止白磷自燃；
（4）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，
故答案为：蒸馏；
（5）氢氧化钠与氯气反应生成氯化钠和次氯酸钠：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+2H₂O，
故答案为：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+2H₂O；
（6）0.1000mol•L^-1碘溶液10.00mL中含有碘单质的物质的量为：0.1000mol•L^-1×0.0100L=0.00100mol，根据反应I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆可知，与磷酸反应消耗的碘单质的物质的量为：0.00100mol-0.1000mol•L^-1×0.00084L×$\frac{1}{2}$=0.00058mol，再由H₃PO₃+H₂O+I₂=H₃PO₄+2HI可知，25mL三氯化磷水解后的溶液中含有的H₃PO₃的物质的量为：n（H₃PO₃）=n（I₂）=0.00058mol，250mL该溶液中含有H₃PO₃的物质的量为：0.00058mol×$\frac{250mL}{25mL}$=0.0058mol，所以1.00g产品中含有的三氯化磷的物质的量为0.0058mol，该产品中PCl₃的质量分数为：$\frac{137.5g/mol×0.0058mol}{1g}$×100%=79.75%；
故答案为：79.75%．

点评 本题考查阅读获取信息的能力、对实验原理理解等，题目难度较大，是对知识的综合运用，理解实验原理是解题的关键，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．