Question

19．半導體生產中常需要控制摻雜，以保證控制電阻率，三氯化磷（PCl₃）中一種重要的摻雜劑．實驗室要用黃磷（白磷）與干燥的Cl₂模擬工業(yè)生產制取PCl₃，裝置如下圖所示：（部分夾持裝置略去）
已知黃磷與少量Cl₂反應生成PCl₃，與過量Cl₂反應生成PCl₅和HCl，遇o₂會生成POCl₃，POCl₃溶于PCl₃，PCl₃、POCl₃的熔沸點見下表：

物質	熔點/℃	沸點/℃
PCl3	-112	75.5
PCl5	2	105.3

請回答下列問題
（1）裝置中制氯氣的離子方程式為MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O
（2）B中的試劑是濃硫酸，E中次冷水的作用是防止PCl₃揮發(fā)（冷凝），F中堿石灰的作用是吸收多余的Cl₂，防止空氣中的水蒸氣進入燒瓶和PCl₃反應
（3）實驗時，檢查裝置氣密性后，先打開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，防止黃磷（白磷）自燃通過控制K₁、K₂能除去A、B裝置中的空氣，具體的方法是先關閉K₁，打開K₂，等B中溶液上方充滿黃綠色氣體后，打開K₁，關閉K₂
（4）粗產品含有POCl₃、PCl₃等，加入黃磷加熱除去PCl₅，通過蒸餾（填實驗操作的名稱），即可得到純凈的PCl₃
（5）通過下面方法可測定產品中PCl₃的質量分數．
①迅速稱取100g產品，加水反應后配成250mL溶液；
②取以上溶液25.0mL，向其中加入0.1mol 10mL碘水，充分反應；③向②所得溶液中加入幾滴淀粉溶液，用0.1mol/L的Na₂S₂O₃溶液滴定，滴定終點現象是溶液由藍色變?yōu)闊o色，且半分鐘內不變色
④重復②、③操作，平均消耗Na₂S₂O₃溶液8.40mL．已知H₃PO₃+H₂O+I₂=H₃PO₄+2HI，I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂SO₄根據以上數據，該產品中PC₃的質量分數是0.8%．

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），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）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；
（2）氯氣為酸性氣體，需用酸性干燥劑干燥，三氯化磷沸點低，可用冷水冷凝收集，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；
（3）由于PCl₃遇O₂會生成POCl₃，遇水生成H₃PO₃和HCl，黃磷（白磷）能自燃，通入二氧化碳趕凈空氣，避免水和氧氣與三氯化磷發(fā)生反應；先關閉K₁，打開K₂，利用氯氣排凈裝置中的空氣；
（4）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；
（5）②用0.1mol/L的Na₂S₂O₃溶液滴定溶液中的碘，碘遇淀粉顯藍色，據此答題；
③依據反應的化學方程式H₃PO₃+H₂O+I₂=H₃PO₄+2HI、I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆ 可知n（H₃PO₃）=n（I₂）_總-n（Na₂S₂O₃）×$\frac{1}{2}$，25mL溶液中H₃PO₃的物質的量等于三氯化磷的物質的量，再求出三氯化磷的總物質的量和質量，然后求出質量分數．

解答 解：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），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）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；
（2）因PCl₃遇水會強烈水解，所以氯氣需干燥，氯氣和濃硫酸不反應，所以能用濃硫酸干燥氯氣，PCl₃沸點為75.5℃，利用E裝置防止PCl₃揮發(fā)（冷凝），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，
故答案為：濃硫酸；防止PCl₃揮發(fā)（冷凝）；吸收多余的Cl₂，防止空氣中的水蒸氣進入燒瓶和PCl₃反應；
（3）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，先關閉K₁，打開K₂，等B中溶液上方充滿黃綠色氣體后，排凈了空氣，再打開K₁，關閉K₂，
故答案為：排盡裝置中的空氣，防止黃磷（白磷）自燃；先關閉K₁，打開K₂，等B中溶液上方充滿黃綠色氣體后，打開K₁，關閉K₂；
（4）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，
故答案為：蒸餾；
（5）②碘遇淀粉顯藍色，用0.1mol/L的Na₂S₂O₃溶液滴定溶液中的碘，當碘反應完畢時，溶液的藍色會褪色，所以滴定終點的現象為溶液由藍色變?yōu)闊o色，且半分鐘內不變色，
故答案為：溶液由藍色變?yōu)闊o色，且半分鐘內不變色；
③0.1000mol•L^-1碘溶液10.00mL中含有碘單質的物質的量為：0.1000mol•L^-1×0.0100L=0.00100mol，根據反應I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆可知，與磷酸反應消耗的碘單質的物質的量為：0.00100mol-0.1000mol•L^-1×0.00084L×$\frac{1}{2}$=0.00058mol，再由H₃PO₃+H₂O+I₂=H₃PO₄+2HI可知，25mL三氯化磷水解后的溶液中含有的H₃PO₃的物質的量為：n（H₃PO₃）=n（I₂）=0.00058mol，250mL該溶液中含有H₃PO₃的物質的量為：0.00058mol×$\frac{250mL}{25mL}$=0.0058mol，所以100g產品中含有的三氯化磷的物質的量為0.0058mol，該產品中PCl₃的質量分數為：$\frac{137.5g/mol×0.0058mol}{100g}$×100%=0.8%；
故答案為：0.8%．

點評 本題考查閱讀獲取信息的能力、對實驗原理理解等，題目難度較大，是對知識的綜合運用，理解實驗原理是解題的關鍵，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．