题目内容
高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料,是制备半导体的重要材料,它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。高纯硅通常用以下方法制备:用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含Fe、Al、B、P等杂质),粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度为450~500℃),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置图。![]()
相关信息:a.四氯化硅遇水极易水解;b.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接化合生成相应的氯化物;c.有关物质的物理常数见下表:
| 物质 | SiCl4 | BCl3 | AlCl3 | FeCl3 | PCl5 |
| 沸点/℃ | 57.7 | 12.8 | — | 315 | — |
| 熔点/℃ | -70.0 | -107.2 | — | — | — |
| 升华温度/℃ | — | — | 180 | 300 | 162 |
请回答下列问题:
(1)仪器e的名称为____________,装置A中f管的作用是_______________________________________,其中发生反应的离子方程式为_____ ____________________________________ _______。
(2)装置B中的试剂是____________。
(3)某学习小组设计了以下两种实验方案:方案甲:g接装置Ⅰ;方案乙:g接装置Ⅱ。但是甲乙两个方案中虚线内装置均有不足之处,请你评价后填写下表。
| 方案 | 不足之处 |
| 甲 | |
| 乙 | |
(4)在上述(3)的评价基础上,请设计一个合理方案:___________ ________ 。
(5)通过上述合理的装置制取并收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅,精馏后的残留物中,除铁元素外可能还含有的杂质元素是 (填写元素符号)。
(1)蒸馏(具支)烧瓶(1分);平衡压强,使液体从分液漏斗中顺利流下(2分)
MnO2+4H++2Cl-
Mn2++2H2O+Cl2↑(2分)
(2)饱和食盐水(1分)
(3)方案 不足之处 甲 ①空气中的水蒸气进入产品收集装置,使产品水解;②没有尾气处理,氯气
会污染空气(2分)乙 ①收集产品的导管太短,易堵塞;②没有冷凝装置,产品易损失(2分)
(4)在装置I的i处连接干燥管j(2分)
(5)Al、P、Cl(3分)
解析试题分析:(1)根据仪器的结构可知,仪器e是蒸馏(具支)烧瓶。f管是将分液漏斗与烧瓶相连,则它们中的压强是相等的,这样便于分液漏斗中的盐酸能顺利滴下。装置A是制备氯气的,实验室用浓盐酸与二氧化锰在加热的条件下制备,因此该反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-
Mn2++2H2O+Cl2↑。
(2)由于浓盐酸易挥发,因此生成的氯气中含有氯化氢,对后续的实验造成干扰,需要除去氯化氢,因此装置B中的试剂是饱和食盐水,用来除去氯气中的氯化氢气体。
(3)SiCl4的沸点很低,只有57.7℃,而反应的温度达几百度,故需要冷凝收集。又因为四氯化硅极易水解,而甲方案中g接装置Ⅰ,h与空气直接相连,则空气中的水蒸气进入产品收集装置,使产品水解;另外氯气有毒,需要尾气处理,而甲方案中没有尾气处理,氯气会污染空气;在乙方案中g接装置Ⅱ,由于四氯化硅冷凝后变为固体,易堵塞导管口。另外没有冷凝装置,产品易损失。
(4)由于四氯化硅易水解,因此需要有干燥装置,所以在方案甲的基础上在装置I的i处连接干燥管j即可。
(5)从物质的物理性质表可发现,AlCl3、FeCl3和PCl5均易升华,故精馏后的残留物中,除铁元素外可能还含有的杂质元素是还应还有Al、P、Cl元素。
考点:考查四氯化硅制备实验的方案设计与评价
某同学拟定了以下实验方案,来确定一批合金废料的成分并加以回收利用。
请回答下列问题:
(1)从上述信息可确定该合金中一定含有Fe和____(填化学式)。
(2)“试剂a”是一种不引入杂质的绿色氧化剂,该氧化剂的化学式为____;滤渣D、稀硫酸和试剂a总反应的化学方程式为 。
(3)若反应①产生的气体是H2,则验证滤液A只含NaAlO2、不含Na2SiO3的方法是:取少量滤液A于试管中,滴加 。
Na2SiO3溶液与过量的CO2反应的离子方程式为 。
(4)取质量均为13.2g的滤渣B四份,分别加入相同浓度,不同体积的稀HNO3充分反应,标准状况下所生成的NO(设还原产物只有一种)体积与剩余固体金属的质量如下表:
| 实验编号 | ① | ② | ③ | ④ |
| 稀HNO3体积(mL) | 100 | 200 | 300 | 400 |
| 剩余金属质量(g) | 9.0 | 4.8 | 0 | 0 |
| NO体积(L,标况) | 1.12 | 2.24 | 3.36 | 4.48 |
②滤渣B中Fe的质量分数为____%(精确到0.1%)。
甲、乙、丙、丁均为中学化学常见的物质,它们之间的转化关系如下图(反应条件及其它产物已略去)。![]()
下列说法不正确的是
| A.若甲是AlCl3溶液,则丁可能是NaOH溶液 |
| B.若甲是Fe,则丁可能是Cl2 |
| C.若丁是CO2,则甲可能为Mg |
| D.若丁是O2,则乙、丙的相对分子质量可能相差16 |