Question

（2010?揚州模擬）多晶硅（硅單質的一種）被稱為“微電子大廈的基石”，制備中副產物以SiCl₄為主，它對環境污染很大，能遇水強烈水解，放出大量的熱．研究人員利用SiCl₄水解生成的鹽酸和鋇礦粉（主要成份為BaCO₃，且含有鈣、鐵、鎂等離子）制備BaCl₂?2H₂O，工藝流程如下．已知常溫下Fe³⁺、Mg²⁺完全沉淀的pH分別是：3.4、12.4． 
  
（1）SiCl₄水解控制在40℃以下的原因是

防止HCl揮發污染環境或控制SiCl₄的水解速率，防止反應過于劇烈

．
已知：SiCl₄（s）+H₂（g）=SiHCl₃（s）+HCl（g）△H₁=+47kJ/mol；SiHCl₃（s）+H₂（g）=Si（s）+3HCl（g）△H₂=+189kJ/mol
則由SiCl₄制備硅的熱化學方程式為

SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+236kJ/mol

．
（2）加鋇礦粉時生成BaCl₂的離子反應方程式是

BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂+H₂O↑

．
（3）加20% NaOH調節pH=12.5，得到濾渣A的主要成分是

Mg（OH）₂、Ca（OH）₂

，控制溫度70℃的目的是

確保鈣離子完全除去（或溫度越高，Ca（OH）₂溶解度越小）

．
（4）BaCl₂濾液經蒸發濃縮、降溫結晶、過濾，再經真空干燥后得到?2H₂O．實驗室中蒸發濃縮用到的含硅酸鹽的儀器有

3

種．
（5）為體現該工藝的綠色化學思想，該工藝中能循環利用的物質是

BaCl₂溶液

．

Answer 1

分析：（1）氯化硅水解生成原硅酸和氯化氫；溫度越高，氯化硅的水解速率越大，氯化氫的揮發越強；將兩個方程式相加即得則由SiCl₄制備硅的熱化學方程式，注意焓變進行相應的改變；
（2）鋇礦粉時生成BaCl₂是碳酸鋇溶解于酸中反應生成；
（3）根據氫氧化鐵和氫氧化鎂完全沉淀所需溶液的PH值，氫氧化鈣溶解度隨溫度升高減小確定濾渣A的成分；溫度是為了除去鈣離子；
（4）蒸發濃縮用到的含硅酸鹽的儀器為玻璃儀器；根據從溶液中析出固體的方法分析解答．
（5）循環利用是過程中生成的物質可以再用在制備流程中的原料．

解答：解：（1）氯化硅水解生成原硅酸和氯化氫，水解方程式為SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl，溫度高時，氯化硅的水解速率增大，氯化氫的揮發增強，且氯化氫能污染環境，溫度較低時，能防止HCl揮發污染環境或控制SiCl₄的水解速率，防止反應過于劇烈，
由蓋斯定律可知：將方程式SiCl₄（s）+H₂（g）=SiHCl₃（s）+HCl（g）△H₁=+47kJ/mol和SiHCl₃（s）+H₂（g）=Si（s）+3HCl（g）△H₂=+189kJ/mol相加得SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+236kJ/mol，
故答案為：防止HCl揮發污染環境或控制SiCl₄的水解速率，防止反應過于劇烈；SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+236kJ/mol；
（2）碳酸鋇和鹽酸反應生成氯化鋇，反應的兩種方程式為：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂+H₂O↑，故答案為：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂+H₂O↑；
（3）當pH=3.4時，鐵離子完全生成沉淀，當pH=12.4時，鎂離子完全沉淀生成氫氧化鎂，Mg（OH）₂，所以當pH=12.5時，濾渣A的成分是氫氧化鎂，氫氧化鈣；控制溫度70℃的目的是確保鈣離子完全除去，故答案為：Mg（OH）₂，Ca（OH）₂；確保鈣離子完全除去（或溫度越高，Ca（OH）₂溶解度越小）；
（4）從溶液中制取固體的方法是：蒸發濃縮→冷卻結晶→過濾→洗滌，實驗室中蒸發濃縮用到的含硅酸鹽的儀器即為玻璃儀器，有蒸發皿、玻璃棒，酒精燈，故答案為：3；
（5）依據流程分析可知，該工藝中能循環利用的物質是BaCl₂溶液，故答案為：BaCl₂溶液．

點評：本題考查了物質制備流程分析判斷，物質性質的應用，鹽類水解、沉淀形成條件，雜質除去方法，試劑選擇，離子方程式書寫，蓋斯定律應用，題目難度中等．