Question

5．半導(dǎo)體生產(chǎn)中常需要控制摻雜，以保證控制電阻率．三氯化磷（PCl₃）是一種重要的摻雜劑．實(shí)驗(yàn)室要用黃磷（即白磷）與干燥的Cl₂模擬工業(yè)生產(chǎn)制取PCl₃，裝置如圖所示：（部分夾持裝置略去）

已知黃磷與少量Cl₂反應(yīng)生成PCl₃，與過(guò)量Cl₂反應(yīng)生成PCl₅  PCl₃遇水會(huì)強(qiáng)烈水解生 成 H₃PO₃和HC1．遇O₂會(huì)生成P0Cl₃，P0Cl₃溶于PCl₃，PCl₃、POCl₃的熔沸點(diǎn)見(jiàn)下表：

物質(zhì)	熔點(diǎn)/℃	沸點(diǎn)/℃
PCl3	-112	75.5
POCl3	2	105.3

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）A裝置中制氯氣的離子方程式為MnO₂+4H⁺+2Cl-$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
（2）B中所裝試劑是濃HSO₄，E中冷水的作用是冷凝PCl₃防止其揮發(fā)F中堿石灰的作用是吸收多余的氯氣，防止空氣中的水和PCl₃反應(yīng)
（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)，檢査裝置氣密性后，先打開(kāi)K₃通入干燥的CO₂，再迅速加入黃磷．通干燥CO₂的作用是排盡裝置中的空氣，防止白磷自燃．
（4）粗產(chǎn)品中常含有POCl₃、PCl₅等．加入黃磷加熱除去PCl₅后．通過(guò)蒸餾（填實(shí)驗(yàn)操作名稱(chēng)），即可得到較純凈的PCl₃．
（5）通過(guò)下面方法可測(cè)定產(chǎn)品中PCl₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
①迅速稱(chēng)取1.00g產(chǎn)品，加水反應(yīng)后配成250mL溶液；
②取以上溶液25.00mL，向其中加入10.00mL 0.1000mol•L^-1碘水，充分反應(yīng)；
③向②所得溶液中加入幾滴淀粉溶液，用0.1000mol•L^-1的Na₂S₂O₃，溶液滴定
③重復(fù)②、③操作，平均消耗Na₂S₂O₃，溶液8.40ml
已知：H₃PO₃+H₂O+I₂═H₃PO₄+2HI，I₂+2Na₂S₂O₃═2NaI+Na₂S₄O₆，假設(shè)測(cè)定過(guò)程中沒(méi)有其他反應(yīng)．根據(jù)上述數(shù)據(jù)，該產(chǎn)品中PC1₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為79.75%．

Answer 1

分析 （1）裝置A中發(fā)生的反應(yīng)是MnO₂+4HCl$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，反應(yīng)式中HCl和MnCl₂可拆分，其余仍用化學(xué)式表示，最終可得離子方程式；
（2）PCl₃遇水會(huì)強(qiáng)烈水解生成H₃PO₃和HC1，D中反應(yīng)需要在無(wú)水條件下進(jìn)行，而A中制得的氯氣中混有水汽和HCl，通過(guò)B裝置時(shí)要干燥氯氣，故裝置B盛放濃硫酸，E裝置支管圓底燒瓶是收集生成的PCl₃，考慮到PCl₃的熔沸點(diǎn)較低，很容易揮發(fā)，結(jié)合到冷水是降溫的，可知E中冷水的作用應(yīng)該是冷凝PCl₃，堿石灰有吸水和吸酸性氣體的作用，本實(shí)驗(yàn)的尾氣氯氣有毒，對(duì)環(huán)境有污染，可被堿石灰吸收，同時(shí)還可以防止空氣中的水汽進(jìn)入燒瓶?jī)?nèi)與PCl₃反應(yīng)；
（3）白磷遇氧易因緩慢氧化而引起自發(fā)燃燒，裝置中的空氣含有氧氣，通入干燥的CO₂可達(dá)到目的；
（4）加入黃磷加熱除去PCl₅后，粗產(chǎn)品中含有的POCl₃和PCl₃熔沸點(diǎn)存在明顯的差異，結(jié)合混合物常見(jiàn)的分離方式，可選擇蒸餾操作；
（5）通過(guò)滴定原理測(cè)定混合物中PCl₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可借助于原子守恒并結(jié)合關(guān)系式PCl₃～H₃PO₃～I(xiàn)₂，2Na₂S₂O₃～I(xiàn)₂進(jìn)行計(jì)算；

解答 解：（1）裝置A中發(fā)生的反應(yīng)是MnO₂+4HCl$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，經(jīng)改寫(xiě)可得：MnO₂+4H⁺+2Cl-$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl-$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）防止生成的PC1₃水解，參加反應(yīng)的氯氣必須要干燥，可利用B裝置中盛裝的濃硫酸干燥氯氣；E中冷水應(yīng)該是降溫的，再結(jié)合燒瓶中收集的PC1₃易揮發(fā)，可知冷水的用水是冷凝PC1₃，防揮發(fā)；實(shí)驗(yàn)中多余的氯氣有毒，如果直接排放會(huì)污染空氣，另外如果空氣的水進(jìn)入燒瓶，會(huì)導(dǎo)致PC1₃水解，結(jié)合堿石灰的性質(zhì)可知是吸收尾氣氯氣，同時(shí)防止空氣中的水汽進(jìn)入燒瓶，故答案為：濃HSO₄；冷凝PCl₃防止其揮發(fā)；吸收多余的氯氣，防止空氣中的水汽進(jìn)入燒瓶與PC1₃反應(yīng)；
（3）白磷遇氧氣會(huì)自燃，故要排除裝置中的空氣，可通過(guò)通入的CO₂達(dá)到目的，故答案為：排盡裝置中的空氣，防止白磷自燃；
（4）POCl₃和PCl₃熔沸點(diǎn)存在明顯的差異，除去PC1₃中混有的POCl₃，可選擇蒸餾的方式進(jìn)行分離，以得到純凈的PC1₃，故答案為：蒸餾；
（5）滴定實(shí)驗(yàn)涉及關(guān)系式為PCl₃～H₃PO₃～I(xiàn)₂和2Na₂S₂O₃～I(xiàn)₂，設(shè)混合物中PC1₃的物質(zhì)的量為nmol，水解生成的H₃PO₃反應(yīng)掉的I₂的物質(zhì)的量為nmol；滴定多余I₂的消耗的Na₂S₂O₃的物質(zhì)的量為0.1000mol•L^-1×8.40×10^-3L=8.4×10^-4mol，多余的I₂的物質(zhì)的量為$\frac{0.00084mol}{2}$=0.00042mol，提供I₂的總物質(zhì)的量為0.1000mol•L^-1×10.0×10^-3L=1.0×10^-3mol，則H₃PO₃反應(yīng)掉的I₂的物質(zhì)的量nmol=1.0×10^-3mol-0.00042mol=0.00058mol，25ml溶液里含有PC1₃的質(zhì)量為0.00058mol×137.5g•mol^-1=0.07975g，產(chǎn)品中PC1₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{0.07975g}{1g×\frac{25}{250}}$×100%=79.75%，故答案為：79.75%．

點(diǎn)評(píng) 考查制備實(shí)驗(yàn)的基本操作及注意事項(xiàng)，提醒學(xué)生時(shí)刻關(guān)注生成物的特殊的性質(zhì)，混合物的分離提純和滴定實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理，考查學(xué)生綜合處理問(wèn)題的能力，中等難度．