Question

5．某實驗小組模擬工業(yè)上用SiHCl₃與H₂在1357 K的條件下制備高純硅，實驗裝置如下圖所示 （加熱及夾持裝置略去）：

已知SiHCl₃的性質如下：沸點為33.0℃；密度為1.34 g•mL^-1；易溶于有機溶劑；能與H₂O劇烈反應；在空氣中易被氧化．請回答：
（1）裝置C中的燒瓶用水浴加熱的優(yōu)點為受熱均勻，得到平穩(wěn)的SiHCl₃氣流
（2）裝置D中發(fā)生反應的化學方程式為SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1357K\;}}{\;}$Si+3HCl
（3）裝置E的作用為四氯化碳吸收未反應的SiHCl₃、氫氧化鈉溶液吸收HCl、防止倒吸． 
（4）相關實驗步驟如下，其合理順序為②⑤①④③（填序號）． 
①加熱裝置C，打開K₂，滴加6.5 mL SiHCl₃；
②打開K₁，裝置A中反應一段時間；
③關閉K₁；
④關閉K₂；
⑤加熱裝置D至1357K．
（5）計算SiHCl₃的利用率：對裝置E中液體進行分液操作，取上層液體20.00 mL轉移至錐形瓶中，滴加幾滴酚酞溶液．用0.1 mol•L^-1鹽 酸滴定，達到滴定終點時，消耗鹽酸20.00 mL．達到滴定終點的現(xiàn)象是溶液紅色褪去，且半分鐘不變色．SiHCl₃的利用率為93.34%（保留兩位小數(shù)）． 
（6）設計實驗，檢驗SiHCl₃與水反應后，所得溶液中存在鹽酸取兩份溶液，一份加入石蕊試液，變紅，另一份加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，出現(xiàn)白色沉淀，則證明溶液中存在鹽酸．

Answer 1

分析 A裝置制備氫氣，B裝置中盛放濃硫酸干燥氫氣，防止SiHCl₃水解，利用生成的氫氣排盡裝置內空氣，防止安全事故的發(fā)生，再在D中反應得到高純硅，同時生成HCl氣體，D裝置中四氯化碳吸收未反應的SiHCl₃，氫氧化鈉溶液吸收HCl，還可以防止倒吸，最后可以利用燃燒法處理氫氣．
（1）受熱均勻，得到平穩(wěn)的SiHCl₃氣流；
（2）D中氫氣與SiHCl₃反應生成Si與HCl；
（3）吸收SiHCl₃及HCl，并防止倒吸；
（4）先通入氫氣，排盡裝置中空氣，再加熱石英管，提高原理利用率，反應完畢停止通氫氣；
（5）滴定終點時，氫氧化鈉完全反應，溶液紅色褪去；
氫氧化鈉物質的量等于生成的HCl與后加入HCl的物質的量之和，可以計算生成HCl的物質的量，再根據(jù)方程式計算參加反應SiHCl₃的質量，進而計算其利用率；
（6）檢驗溶液中含有H⁺、Cl^-可以證明生成HCl．

解答 解：A裝置制備氫氣，B裝置中盛放濃硫酸干燥氫氣，防止SiHCl₃水解，利用生成的氫氣排盡裝置內空氣，防止安全事故的發(fā)生，再在D中反應得到高純硅，同時生成HCl氣體，D裝置中四氯化碳吸收未反應的SiHCl₃，氫氧化鈉溶液吸收HCl，還可以防止倒吸，最后可以利用燃燒法處理氫氣．
（1）水浴加熱，受熱均勻，得到平穩(wěn)的SiHCl₃氣流，
故答案為：受熱均勻，得到平穩(wěn)的SiHCl₃氣流；
（2）D中氫氣與SiHCl₃反應生成Si與HCl，反應方程式為：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1357K\;}}{\;}$Si+3HCl，
故答案為：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1357K\;}}{\;}$Si+3HCl；
（3）裝置E的作用為：四氯化碳吸收未反應的SiHCl₃，氫氧化鈉溶液吸收HCl，還可以防止倒吸，
故答案為：四氯化碳吸收未反應的SiHCl₃；氫氧化鈉溶液吸收HCl；防止倒吸；
（4）先通入氫氣，排盡裝置中空氣，再加熱石英管，提高原理利用率，反應完畢停止通氫氣，其合理順序為：②⑤①④③，
故答案為：②⑤①④③；
（5）滴定終點時，氫氧化鈉完全反應，溶液紅色褪去，且半分鐘不變色；
氫氧化鈉物質的量等于生成的HCl與后加入HCl的物質的量之和，則生成HCl的物質的量=0.2L×1mol/L-0.02L×0.1mol/L×$\frac{200mL}{20mL}$=0.18mol，由SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1357K\;}}{\;}$Si+3HCl，可知參加反應SiHCl₃為$\frac{0.18mol}{3}$=0.06mol，故SiHCl₃的利用率為$\frac{0.06mol×135.5g/mol}{6.5mL×1.34g/mL}$×100%=93.34%，
故答案為：溶液紅色褪去，且半分鐘不變色；93.34；
（6）檢驗溶液中含有H⁺、Cl^-可以證明生成HCl，具體實驗方案為：取兩份溶液，一份加入石蕊試液，變紅，另一份加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，出現(xiàn)白色沉淀，則證明溶液中存在鹽酸，
故答案為：取兩份溶液，一份加入石蕊試液，變紅，另一份加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，出現(xiàn)白色沉淀，則證明溶液中存在鹽酸．

點評 本題考查物質制備實驗方案設計，側重考查學生獲取信息和利用、基本操作能力，明確實驗原理是解本題關鍵，題目難度中等．