Question

6．半導體生產的外延生長工序中，常需要控制摻雜，以保證控制電阻率，其中三氯化磷（PCl₃）是一種重要的摻雜劑．實驗室要用黃磷與干燥的Cl₂模擬工業(yè)生產制取PCl₃，用圖1裝置制取Cl₂，圖2裝置制取PCl₃，部分儀器已省略．已知黃磷與少量Cl₂反應生成PCl₃．與過量Cl₂反應生成PCl₅、PCl₃遇O₂會生成POCl₃、POCl₃溶于PCl₃，PCl₃遇水會強烈水解生成H₃PO₃和HCl．

物質	熔點/℃	沸點/℃
PCl3	-112	75.5
POCl3	2	105.3

請根據以上信息，回答下列問題：
（1）儀器乙的名稱蒸餾燒瓶；
（2）冷凝管中的冷卻水從a口進（填“a”或“b”）；
（3）寫出實驗室制氯氣的離子方程式MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（4）向儀器甲中通入干燥Cl₂之前，應先通入一會干燥CO₂，其目的是排盡甲裝置中的空氣，防止生成的PCl₃與空氣中的O₂和H₂O反應；
（5）堿石灰的作用是吸收多余氯氣防止污染空氣，防止空氣中的水蒸氣進入燒瓶中與PCl₃反應；
（6）已知PCl₅遇水發(fā)生強烈水解生成兩種酸，寫出PCl₅與水反應的化學方程式PCl₅+4H₂O═5HCl+H₃PO₄；
（7）粗產品中常含有POCl₃、PCl₅等．加入黃磷加熱除去PCl₅后，通過蒸餾（填實驗操作名稱），即可得到純凈的PCl₃；
（8）測定產品中PCl₃的質量分數：迅速稱取ag產品，加水反應后配成250mL溶液，取出25.00mL加入過量的c₁mol•L^-1V₁mL碘溶液，充分反應后再用c₂mol•L^-1Na₂S₂O₃溶液滴定過量的碘，終點時消耗V₂mLNa₂S₂O₃溶液．已知：H₃PO₃+H₂O+I₂=H₃PO₄+2H1：I₂+2Na₂S₂O₃=2Na1+Na₂S₄O₆；假設測定過程中沒有其他反應．根據上述數據：該產品中PC1₃的質量分數為$\frac{（{c}_{1}{V}_{1}-\frac{1}{2}{C}_{2}{V}_{2}）×1{0}^{-3}×137.5×10}{a}$×100%（用含字母的代數式表示）．

Answer 1

分析 實驗室要用黃磷（白磷）與干燥的Cl₂模擬工業(yè)生產制取PCl₃流程為：A裝置濃鹽酸和二氧化錳二者反應生成氯化錳、氯氣和水，制得氯氣，因PCl₃遇水會強烈水解，所以氯氣需干燥，B裝置利用濃硫酸干燥氯氣，K₃利用二氧化碳排盡裝置中的空氣，防止黃磷（白磷）自燃，PCl₃沸點為75.5℃，利用E裝置防止PCl₃揮發(fā)（冷凝），蒸餾燒瓶乙中得到的粗產品含有POCl₃、PCl₅等．加入黃磷加熱除去PCl₅后，POCl₃與PCl₃都是液體，沸點相差較大，故可以用蒸餾的方法進行分離，因尾氣中含有有毒氣體氯氣，且空氣中水蒸氣可能進入裝置，所以用F裝置利用堿石灰吸收多余的Cl₂，防止空氣中的水蒸氣進入燒瓶和PCl₃反應．
（1）儀器乙為蒸餾燒瓶；
（2）為充分冷凝，使冷水充滿冷凝器，因此冷卻水采取逆流原理；
（3）A裝置中二氧化錳和濃鹽酸反應制取氯氣，反應為MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，據此書寫離子反應方程式；
（4）由于PCl₃遇O₂、遇水都會反應，所以通入一段時間的CO₂可以排盡裝置中的空氣，避免水和氧氣與三氯化磷發(fā)生反應；
（5）堿石灰吸收多余氯氣防止污染空氣，防止空氣中的水蒸氣進入影響產品純度；
（6）PCl₅遇水發(fā)生強烈水解生成兩種酸，水解生成氯化氫和磷酸；
（7）依據物質的沸點數值不同，可以利用蒸餾的方法分離出三氯化磷；
（8）依據反應的化學方程式H₃PO₃+H₂O+I₂=H₃PO₄+2HI；I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆ 計算，注意溶液體積的變化．

解答 解：（1）儀器乙燒瓶帶有支管口，為蒸餾燒瓶，蒸餾燒瓶乙中得到的粗產品含有POCl₃、PCl₅等，加入黃磷加熱除去PCl₅后，POCl₃與PCl₃都是液體，沸點相差較大，故可以用蒸餾的方法進行分離，
故答案為：蒸餾燒瓶；
（2）冷凝管應從下口進水，上口出水，以保證水充滿冷凝管，起到充分冷凝的作用，所以冷卻水從a口進入，
故答案為：a；
（3）A裝置中，加熱條件下，濃鹽酸和二氧化錳二者反應生成氯化錳、氯氣和水，離子方程式為MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（4）由于PCl₃遇O₂會生成POCl₃，遇水生成H₃PO₃和HCl，通入一段時間的CO₂可以排盡裝置中的空氣，防止生成的PCl₃與空氣中的O₂和水反應；
故答案為：排盡甲裝置中的空氣，防止生成的PCl₃與空氣中的O₂和H₂O反應；
（5）氯氣有毒，污染空氣，堿石灰吸收多余氯氣防止污染空氣，防止空氣中的水蒸氣進入影響產品純度，
故答案為：吸收多余氯氣防止污染空氣，防止空氣中的水蒸氣進入燒瓶中與PCl₃反應；
（6）PCl₅遇水發(fā)生強烈水解生成兩種酸，PCl₅水解的實質是磷離子和氫氧根離子結合，氯離子和氫離子結合，即PCl₅+4H₂O═5HCl+H₃PO₄，
故答案為：PCl₅+4H₂O═5HCl+H₃PO₄；
（7）由信息可知，POCl₃與PCl₃都是液體，沸點相差較大，故可以用蒸餾的方法進行分離，
故答為：蒸餾；
（8）H₃PO₃+H₂O+I₂=H₃PO₄+2HI；I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆，依據化學方程式可知H₃PO₃物質的量和PCl₃的物質的量相同，25ml溶液中和H₃PO₃反應的碘單質物質的量為c₁mol•L^-lV₁mL×10^-3-$\frac{1}{2}$×c₂mol•L^-1×V₂mL；所以250ml溶液中H₃PO₃物質的量=碘單質物質的量為（c₁mol•L^-lV₁mL×10^-3-$\frac{1}{2}$×c₂mol•L^-1×V₂mL）×10，
該產品中PCl₃的質量分數為：$\frac{（{c}_{1}{V}_{1}-\frac{1}{2}{C}_{2}{V}_{2}）×1{0}^{-3}×137.5×10}{a}$×100%，
故答案為：$\frac{（{c}_{1}{V}_{1}-\frac{1}{2}{C}_{2}{V}_{2}）×1{0}^{-3}×137.5×10}{a}$×100%．

點評 本題考查閱讀獲取信息的能力、對實驗原理理解等，題目難度中等，是對知識的綜合運用，需要學生具有扎實的基礎與綜合運用分析解決問題的能力，注意題中信息PCl₃遇O₂會生成POCl₃，POCl₃溶于PCl₃，PCl₃遇水會強烈水解生成H₃PO₃和HCl．PCl₃、POCl₃的熔沸點為解答關鍵．