Question

多晶硅被稱為“微電子大廈的基石”，制備中副產(chǎn)物以SiCl₄為主，它對環(huán)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，且含有鐵、鎂等離子）制備BaCl₂?2H₂O，工藝流程如圖：

已知：常溫下Fe³⁺、Mg²⁺完全沉淀的pH分別是：3.4、12.4．
（1）SiCl₄水解反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．過濾操作需要的玻璃儀器有

 

．
（2）加鋇礦粉調(diào)節(jié)pH=7的作用是

 

、

 

．
（3）加20%NaOH調(diào)節(jié)pH=12.5，得到濾渣A的主要成分是

 

．
（4）BaCl₂濾液經(jīng)

 

、

 

、過濾、洗滌，再經(jīng)真空干燥后得到BaCl₂?2H₂O．
（5）10噸含78.8%BaCO₃的鋇礦粉理論上最多能生成BaCl₂?2H₂O

 

噸．實際產(chǎn)量為9.70噸，相對誤差為

 

%．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設(shè)計,物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實驗設(shè)計題

分析：（1）SiCl₄遇水強烈水解，生成鹽酸和濾渣（H₄SiO₄），放出大量的熱，故SiCl₄的水解生成為H₄SiO₄沉淀和HCl；過濾操作需要的主要儀器有：燒杯、漏斗、濾紙、玻璃棒；
（2）鹽酸中加鋇礦粉時，鹽酸和碳酸鋇反應(yīng)生成氯化鋇和二氧化碳、水，消耗了鹽酸，溶液pH變大，pH＞3.4時，三價鐵離子完全生成沉淀，使Fe³⁺完全沉淀，故鋇礦粉兩個作用：轉(zhuǎn)化為BaCl₂、使Fe³⁺完全沉淀，加鋇礦粉的同時也是調(diào)節(jié)PH值的過程；
（3）當(dāng)pH=12.4時，鎂離子完全沉淀生成Mg（OH）₂，所以當(dāng)pH=12.5時，濾渣A的成分是氫氧化鎂；
（4）從溶液中制取固體的方法是：蒸發(fā)濃縮→冷卻結(jié)晶→過濾→洗滌；
（5）由原子守恒知，1molBaCO₃能生成1molBaCl₂?2H₂O，n（BaCl₂?2H₂O）=n（BaCO₃）；以此分析相對誤差的計算．

解答： 解：SiCl₄水解生成鹽酸和硅酸，硅酸不溶解，故第一步操作中的濾液為鹽酸溶液，向其中加入鋇礦粉（主要成份為BaCO₃，且含有鐵、鎂等離子），鋇礦粉和鹽酸反應(yīng)，BaCO₃轉(zhuǎn)化為BaCl₂，溶液中H⁺減少，PH變大，F(xiàn)e³⁺沉淀為氫氧化鐵，得到的溶液含有Ba²⁺、Mg²⁺和Cl^-，過濾后的濾液中含有Ba²⁺、Mg²⁺和Cl^-，向濾液中加20%NaOH調(diào)節(jié)pH=12.5，生成氫氧化鎂沉淀，濾液主要成分為Cl^-和Ba²⁺，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥后得BaCl₂?2H₂O；
（1）SiCl₄遇水強烈水解，生成鹽酸和濾渣（H₄SiO₄），放出大量的熱，故SiCl₄的水解方程式為：SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl；過濾操作需要的主要儀器有：燒杯、漏斗、濾紙、玻璃棒，其中濾紙不是玻璃儀器；
故答案為：SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl；燒杯、漏斗、玻璃棒；
（2）鹽酸中加鋇礦粉時，鹽酸和碳酸鋇反應(yīng)生成氯化鋇和二氧化碳、水，消耗了鹽酸，溶液pH變大，pH＞3.4時，三價鐵離子完全生成沉淀，使Fe³⁺完全沉淀；故鋇礦粉兩個作用：轉(zhuǎn)化為BaCl₂、使Fe³⁺完全沉淀；
故答案為：使BaCO₃轉(zhuǎn)化為BaCl₂；使Fe³⁺完全沉淀；
（3）當(dāng)pH=3.4時，鐵離子完全生成沉淀，當(dāng)pH=12.4時，鎂離子完全沉淀生成Mg（OH）₂，所以當(dāng)pH=12.5時，濾渣A的成分是氫氧化鎂；
故答案為：Mg（OH）₂；
（4）從溶液中制取固體的方法是：蒸發(fā)濃縮→冷卻結(jié)晶→過濾→洗滌，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；
（5）由原子守恒知，1molBaCO₃能生成1molBaCl₂?2H₂O，n（BaCl₂?2H₂O）=n（BaCO₃）
m（BaCl₂?2H₂O）=n（BaCl₂?2H₂O）×M（BaCl₂?2H₂O）=

10t×78%

197g/mol

×244g/mol=9.76t，
實際產(chǎn)量為9.70噸，相對誤差=

實驗測得的數(shù)值-真實數(shù)值

真實數(shù)值

×100%=

9.76-9.70

9.76

×100%≈-0.61%，
故答案為：9.76；-0.61．

點評：本題考查制備實驗方案的設(shè)計，物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作的應(yīng)用，明確考查從溶液中制取固體的方法，以及根據(jù)原子守恒計算和相對誤差的計算等，難度不大，但考查知識較多．