Question

16．多晶硅（硅单质的一种）被称为“微电子大厦的基石”，制备中副产物以SiCl₄为主，它对环境污染很大，能遇水强烈水解，放出大量的热．研究人员利用SiCl₄水解生成的盐酸和钡矿粉（主要成份为BaCO₃，且含有少量钙、铁、镁离子）制备BaCl₂•2H₂O，工艺流程如下．

已知25℃时，Fe³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺完全沉淀的pH分别是：3.4、13.1、12.4
（1）已知：SiCl₄（s）+H₂（g）═SiHCl₃（s）+HCl（g）△H₁=47kJ•mol^-1
SiHCl₃（s）+H₂（g）═Si（s）+3HCl（g）△H₂=189kJ•mol^-1
则由SiCl₄制备硅的热化学方程式为SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+236 kJ•mol^-1．
（2）加钡矿粉时生成BaCl₂的离子反应方程式是BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O．
（3）加20% NaOH调节pH=12.5，得到滤渣A的主要成分是Mg（OH）₂、Ca（OH）₂，
控制温度70℃的目的是让钙离子沉淀完全．
（4）BaCl₂滤液经蒸发浓缩、降温结晶、过滤，再经真空干燥后得到BaCl₂•2H₂O．实验室中蒸发浓缩用到的含硅酸盐的仪器有3种．

Answer 1

分析 控制温度40°C，四氯化硅发生水解生成原硅酸和氯化氢，过滤得到盐酸溶液，加入钡矿粉主要成分为BaCO₃，且含有钙、铁、镁等离子，调节溶液pH=7，使BaCO₃转化为BaCl₂，同时使Fe³⁺完全沉淀，过滤得到滤渣为氢氧化铁，滤液加入氢氧化钠溶液调节溶液pH=12.5，控制70°C，得到氢氧化镁、氢氧化钙沉淀，过滤得到滤液为氯化钡溶液蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到氯化钡晶体；
（1）已知：①SiCl₄（s）+H₂（g）═SiHCl₃（s）+HCl（g）△H₁=47kJ•mol^-1
②SiHCl₃（s）+H₂（g）═Si（s）+3HCl（g）△H₂=189kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①+②可得：SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）；
（2）碳酸钡与盐酸反应生成氯化钡、二氧化碳与水；
（3）滤渣A的主要成分是氢氧化镁、氢氧化钙；温度越高，Ca（OH）₂溶解度越小；
（4）蒸发浓缩用到的含硅酸盐的仪器有：蒸发皿、酒精灯、玻璃棒．

解答 解：控制温度40°C，四氯化硅发生水解生成原硅酸和氯化氢，过滤得到盐酸溶液，加入钡矿粉主要成分为BaCO₃，且含有钙、铁、镁等离子，调节溶液pH=7，使BaCO₃转化为BaCl₂，同时使Fe³⁺完全沉淀，过滤得到滤渣为氢氧化铁，滤液加入氢氧化钠溶液调节溶液pH=12.5，控制70°C，得到氢氧化镁、氢氧化钙沉淀，过滤得到滤液为氯化钡溶液蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到氯化钡晶体；
（1）已知：①SiCl₄（s）+H₂（g）═SiHCl₃（s）+HCl（g）△H₁=47kJ•mol^-1
②SiHCl₃（s）+H₂（g）═Si（s）+3HCl（g）△H₂=189kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①+②可得：SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+236 kJ•mol^-1，
故答案为：SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+236 kJ•mol^-1；
（2）碳酸钡与盐酸反应生成氯化钡、二氧化碳与水，反应离子方程式为：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O，
故答案为：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O；
（3）滤渣A的主要成分是Mg（OH）₂、Ca（OH）₂；温度越高，Ca（OH）₂溶解度越小，控制温度70℃让钙离子沉淀完全，
故答案为：Mg（OH）₂、Ca（OH）₂；让钙离子沉淀完全；
（4）蒸发浓缩用到的含硅酸盐的仪器有：蒸发皿、酒精灯、玻璃棒，
故答案为：3．

点评 本题考查物质制备工艺流程，涉及物质的分离提纯、对操作与条件控制分析、热化学方程式书写等，关键是对工艺流程的理解，是对化学实验的综合考查，充分考查了学生的分析理解能力及知识迁移运用的能力，难度中等．