Question

8．多晶硅（硅單質(zhì)的一種）被稱為“微電子大廈的基石”，制備中副產(chǎn)物以SiCl₄為主，它環(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（主要成分為BaCO₃，且含有鐵、鎂等離子），制備BaCl₂•2H₂O，工藝流程如下：

已知：①常溫下Fe³⁺、Mg²⁺完全沉淀的pH分別是3.4、12.4；
②BaCO₃的相對分子質(zhì)量是197； BaCl₂•2H₂O的相對分子質(zhì)量是244；
（1）SiCl₄發(fā)生水解反應(yīng)的化學(xué)方程式SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl．
（2）氮化硅（Si₃N₄）是一種高溫結(jié)構(gòu)材料，粉末狀的Si₃N₄可以在高溫條件下由SiCl₄蒸汽與NH₃反應(yīng)得到，請寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式3SiCl₄+4NH₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl．
（3）加鋇礦粉調(diào)節(jié)pH=7的作用是：①使BaCO₃轉(zhuǎn)化為BaCl₂②使Fe³⁺離子沉淀完全
（4）生成濾渣A的離子方程式Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓
（5）BaCl₂濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌，再經(jīng)真空干燥后得到BaCl₂•2H₂O
（6）10噸含78.8% BaCO₃的鋇礦粉理論上最多能生成BaCl₂•2H₂O9.76噸．

Answer 1

分析 四氯化硅控制溫度40°C，加入水過濾得到原硅酸，則發(fā)生水解反應(yīng)生成原硅酸和氯化氫，過濾得到鹽酸溶液，加入鋇礦粉主要成分為BaCO₃，且含有鐵、鎂等離子，調(diào)節(jié)溶液pH=7，使BaCO₃轉(zhuǎn)化為BaCl₂，同時使Fe³⁺完全沉淀，過濾得到濾渣為氫氧化鐵，濾液加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH=12.5，控制70°C，得到氫氧化鎂沉淀，過濾得到濾液為氯化鋇溶液，再經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌等得到氯化鋇晶體．
（1）四氯化硅水解生成原硅酸和氯化氫；
（2）由題目信息可知，SiCl₄蒸汽與NH₃在高溫條件下得到Si₃N₄，同時生成HCl；
（3）由pH=3.4時，F(xiàn)e³⁺離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵，當(dāng)調(diào)節(jié)PH=7時能促使Fe³⁺離子沉淀完全；
（4）濾液②中加入NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH=12.5，溶液中鎂離子與氫氧根離子反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀；
（5）從溶液中獲得晶體，需要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌等；
（6）根據(jù)Ba元素質(zhì)量守恒計算m（BaCl₂•2H₂O）．

解答 解：四氯化硅控制溫度40°C，加入水過濾得到原硅酸，則發(fā)生水解反應(yīng)生成原硅酸和氯化氫，過濾得到鹽酸溶液，加入鋇礦粉主要成分為BaCO₃，且含有鐵、鎂等離子，調(diào)節(jié)溶液pH=7，使BaCO₃轉(zhuǎn)化為BaCl₂，同時使Fe³⁺完全沉淀，過濾得到濾渣為氫氧化鐵，濾液加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH=12.5，控制70°C，得到氫氧化鎂沉淀，過濾得到濾液為氯化鋇溶液，再經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌等得到氯化鋇晶體．
（1）四氯化硅水解生成原硅酸和氯化氫，反應(yīng)方程式為：SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl，故答案為：SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl；
（2）由題目信息可知，SiCl₄蒸汽與NH₃在高溫條件下得到Si₃N₄，同時生成HCl，化學(xué)方程式為：3SiCl₄+4NH₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl，
故答案為：3SiCl₄+4NH₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl；
（3）由pH=3.4時，F(xiàn)e³⁺離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵，當(dāng)調(diào)節(jié)PH=7時能促使Fe³⁺離子沉淀完全，鹽酸和碳酸鋇反應(yīng)生成氯化鋇和二氧化碳、水，加鋇礦粉并調(diào)節(jié)pH=7的作用是使BaCO₃轉(zhuǎn)化為BaCl₂，使Fe³⁺離子沉淀完全，
故答案為：使Fe³⁺離子沉淀完全；
（4）濾液②中加入NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH=12.5，溶液中鎂離子與氫氧根離子反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀，反應(yīng)離子方程式為：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，
故答案為：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；
（5）BaCl₂濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌，再經(jīng)真空干燥后得到BaCl₂•2H₂O，故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；
（6）根據(jù)Ba元素質(zhì)量守恒：n（BaCl₂•2H₂O）=n（BaCO₃），則m（BaCl₂•2H₂O）×=n（BaCl₂•2H₂O）×M（BaCl₂•2H₂O）=$\frac{10t×78%}{197g/mol}$×244g/mol=9.76t，
故答案為：9.76．

點評 本題考查制備實驗方案、物質(zhì)分離和提純、對條件控制分析與評價、化學(xué)計算等，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及知識遷移運用的能力，難度中等．