精英家教网 > 高中化学 > 题目详情

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

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:实验题

如图是某研究性学习小组设计的SO2与Na2O2反应的探究装置.

(1)实验开始时,打开旋塞K,通入N2排尽整套装置中的空气,关闭旋塞K。点燃酒精灯,A中反应的化学方程式是           。
(2)B装置的作用是          。
(3)反应过程中,观察到:A中出现黑色不溶物;C中固体由淡黄色逐渐至完全转化为白色;若将带火星木条伸入D试管口内,火星显得更明亮。
①停止加热后,再通入N2至整套装置冷却,其目的是          。
②取少量C中白色固体,溶于蒸馏水得无色溶液W 。若向W中滴加几滴酸性KMnO4溶液,振荡,紫色褪去;若向W中加入用盐酸酸化的BaCl2溶液,出现大量白色沉淀;则说明C中白色固体有        。
③D装置中发生反应的离子方程式是        。
④过滤出A装置中的黑色不溶物,洗涤后将其溶于浓硝酸,得到蓝色溶液并产生红棕色气体;向蓝色溶液中滴加BaCl2溶液,产生白色沉淀;则黑色物质可能是___________。
a.Cu        b.  CuO          c.CuS            d.Cu2S  

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:实验题

某化学兴趣小组为探究SO2的性质,按下图所示装置进行实验。

已知:Na2SO3+H2SO4(浓)Na2SO4+SO2↑+H2O
请回答下列问题:
(1)装置A中盛放浓硫酸的仪器名称是                      。
(2)实验过程中,C中的现象是                               ,说明SO2具有      性。
(3)实验过程中,观察到装置B中出现了明显的白色沉淀。为探究该白色沉淀的成分,该小组同学进行了如下实验:

根据实验事实判断该白色沉淀的成分是              (填化学式),产生该白色沉淀的原因可能是            (填字母编号)。
a.BaSO3既不溶于水也不溶于酸
b.BaCl2溶液中可能溶解有氧气
c.BaCl2溶液中可能混有NaOH
d.由A制得的SO2气体中可能混有氧气
(4)如果将装置A中的浓H2SO4换作浓HNO3,对此实验是否有影响并明理由                                                                                   。

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:实验题

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
①实验①最先溶解的金属发生反应的化学方程式是                  。
②滤渣B中Fe的质量分数为____%(精确到0.1%)。

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:实验题

某化学兴趣小组为探究SO2的性质,按下图所示装置进行实验。

已知:Na2SO3+H2SO4(浓)Na2SO4+SO2↑+H2O
请回答下列问题:
(1)装置A中盛放浓硫酸的仪器名称是                      。
(2)实验过程中,C中的现象是               ,说明SO2具有      性。
(3)实验过程中,观察到装置B中出现了明显的白色沉淀。为探究该白色沉淀的成分,该小组同学进行了如下实验:

根据实验事实判断该白色沉淀的成分是      (填化学式),产生该白色沉淀的原因可能是      (填字母编号)。
a.BaSO3既不溶于水也不溶于酸
b.BaCl2溶液中可能溶解有氧气
c.BaCl2溶液中可能混有NaOH
d.由A制得的SO2气体中可能混有氧气
(4)写出B中产生白色沉淀的离子方程式为:____________________________
(5)如果将装置A中的浓H2SO4换作浓HNO3,对此实验是否有影响并明理由                                                            。

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:实验题

某化学兴趣小组为探究SO2的性质,按下图所示装置进行实验。
请回答下列问题:

(1)装置A中盛放亚硫酸钠的仪器名称是___________,其中发生反应的化学方程式为_____________________________________________;
(2)实验过程中,装置B、C中发生的现象分别是___________、_____________,这些现象分别说明SO2具有的性质是_________和___________;配平下面离子方程式:
□SO2+□+□H2O=□+□+□H+;
(3)装置D的目的是探究SO2与品红作用的可逆性,请写出实验操作及现象______________________;
(4)尾气可采用____________________溶液吸收。

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:实验题

为探究亚硫酸钠的热稳定性,某研究性学习小组将无水亚硫酸钠隔绝空气加
热,并利用受热后的固体试样和下图所示的实验装置进行实验。请回答下列有关问题:

(1)查阅资料:无水亚硫酸钠隔绝空气受热到600℃才开始分解,且分解产物只有硫化钠
和另外一种固体。如果加热温度低于600℃,向所得冷却后固体试样中缓缓滴加稀盐酸至
足量,在滴加稀盐酸的整个过程中的物质的量浓度变化趋势为     ;
(2)如果加热温度为700℃,向所得冷却后固体试样中缓缓滴加稀盐酸至足量,观察到烧瓶中出现淡黄色沉淀,且有大量气泡产生,则反应生成淡黄色沉淀的离子方程式为                   ;此时在B、C两装置中可能观察到的现象为                           。
(3)在(2)中滴加足量盐酸后,烧瓶内除外,还存在另一种浓度较大的阴离子。为检验该阴离子,先取固体试样溶于水配成溶液。以下是检验该阴离子的两种实验方案你认为合理的方案是              (填“甲”或“乙”),请说明另一方案不合理的原因                                      。
方案甲:取少量试样溶液于试管中,先加稀,再加溶液,有白色沉淀生成,证明该离子存在。
方案乙:取少量试样溶液于试管中,先加稀HCl,再加溶液,有白色沉淀生成,证明该离子存在。
(4)写出固体加热到600℃以上分解的化学方程式                    。

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:实验题

某校化学兴趣小组在探究铁与浓硫酸的反应时,将教材中铜与浓硫酸反应的实验装置(图Ⅰ)改为下图Ⅱ所示的装置。
   
请回答下列问题:
(1)写出图Ⅰ中虚框处发生反应的化学方程式_________。
(2)图Ⅱ实验装置与图Ⅰ相比较,其优点是:①能更好地吸收有毒气体SO2,防止其污染环境;②_________。
(3)下列对导管a的作用分析中正确的是_________ (填字母)。
A.加热反应过程中,可上下移动导管a,起搅拌作用
B.停止加热,试管内的压强减小,从导管a进入的空气可增大试管A内的压强,防止倒吸
C.停止反应,撤装置之前往导管a中通入空气,可排除装置内的SO2气体,防止其污染环境
(4)反应一段时间后,将试管A取下,然后将试管A中溶液倒入另一盛有适量水的试管D中。该小组同学为确定溶液中所存在的金属离子,进行下列探究过程。
①提出假设:
假设Ⅰ:只含有Fe3+。假设Ⅱ:_________。假设Ⅲ:_________。
②实验设计:
分别取少量试管D中溶液,选用提供的试剂,设计简单的实验检验溶液中所存在的金属离子。请填写下表空白(可以不填满,也可以增加)。
提供的试剂:稀盐酸、稀硫酸、KSCN溶液、KMnO4溶液。

步骤
 
所选试剂
 
现象及结论
 
1
 
 
 
 
 
2
 
 
 
 
 
3
 
 
 
 
 
 

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:单选题

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

查看答案和解析>>

同步练习册答案