半导体生产中常需要控制掺杂,以保证控制电阻率,三氯化磷(PCl3)中一种重要的掺杂剂.实验室要用黄磷(白磷)与干燥的Cl2模拟工业生产制取PCl3 , 装置如下图所示:(部分夹持装置略去)
已知黄磷与少量Cl2反应生成PCl3 , 与过量Cl2反应生成PCl5和HCl,遇O2会生成POCl3 , POCl3溶于PCl3 , PCl3、POCl3的熔沸点见下表:
请回答下列问题(1)装置中制氯气的离子方程式为______(2)B中的试剂是______ , E中次冷水的作用是______ , F中碱石灰的作用是______(3)实验时,检查装置气密性后,先打开K3通入干燥的CO2 , 再迅速加入黄磷.通干燥CO2的作用是______通过控制K1、K2能除去A、B装置中的空气,具体的方法是______(4)粗产品含有POCl3、PCl3等,加入黄磷加热除去PCl5 , 通过______(填实验操作的名称),即可得到纯净的PCl3(5)通过下面方法可测定产品中PCl3的质量分数.①迅速称取100g产品,加水反应后配成250mL溶液;②取以上溶液25.0mL,向其中加入0.1mol 10mL碘水,充分反应;③向②所得溶液中加入几滴淀粉溶液,用0.1mol/L的Na2S2O3溶液滴定,滴定终点现象是______④重复②、③操作,平均消耗Na2S2O3溶液8.40mL.已知H3PO3+H2O+I2=H3PO4+2HI,I2+2Na2S2O3=2NaI+Na2SO4根据以上数据,该产品中PC3的质量分数是______ .
【答案】(1)MnO2+4H++2Cl﹣ Mn2++Cl2↑+2H2O
(2)浓硫酸;防止PCl3挥发(冷凝);吸收多余的Cl2 , 防止空气中的水蒸气进入烧瓶和PCl3反应
(3)排尽装置中的空气,防止黄磷(白磷)自燃;先关闭K1 , 打开K2 , 等B中溶液上方充满黄绿色气体后,打开K1 , 关闭K2
(4)蒸馏
(5)溶液由蓝色变为无色,且半分钟内不变色;0.8%
【解析】解:实验室要用黄磷(白磷)与干燥的Cl2模拟工业生产制取PCl3流程为:A装置浓盐酸和二氧化锰二者反应生成氯化锰、氯气和水,制得氯气,因PCl3遇水会强烈水解,所以氯气需干燥,B装置利用浓硫酸干燥氯气,K3利用二氧化碳排尽装置中的空气,防止黄磷(白磷)自燃,PCl3沸点为75.5℃,利用E装置防止PCl3挥发(冷凝),因尾气中含有有毒气体氯气,且空气中水蒸气可能进入装置,所以用F装置利用碱石灰吸收多余的Cl2 , 防止空气中的水蒸气进入烧瓶和PCl3反应.(1)A装置中,加热条件下,浓盐酸和二氧化锰二者反应生成氯化锰、氯气和水,离子方程式为MnO2+4H++2Cl﹣ Mn2++Cl2↑+2H2O,所以答案是:MnO2+4H++2Cl﹣ Mn2++Cl2↑+2H2O;(2)因PCl3遇水会强烈水解,所以氯气需干燥,氯气和浓硫酸不反应,所以能用浓硫酸干燥氯气,PCl3沸点为75.5℃,利用E装置防止PCl3挥发(冷凝),因尾气中含有有毒气体氯气,且空气中水蒸气可能进入装置,所以用F装置利用碱石灰吸收多余的Cl2 , 防止空气中的水蒸气进入烧瓶和PCl3反应,所以答案是:浓硫酸;防止PCl3挥发(冷凝);吸收多余的Cl2 , 防止空气中的水蒸气进入烧瓶和PCl3反应;(3)由于PCl3遇O2会生成POCl3 , 遇水生成H3PO3和HCl,通入一段时间的CO2可以排尽装置中的空气,防止生成的PCl3与空气中的O2和水反应,先关闭K1 , 打开K2 , 等B中溶液上方充满黄绿色气体后,排净了空气,再打开K1 , 关闭K2 , 所以答案是:排尽装置中的空气,防止黄磷(白磷)自燃;先关闭K1 , 打开K2 , 等B中溶液上方充满黄绿色气体后,打开K1 , 关闭K2;(4)由信息可知,POCl3与PCl3都是液体,沸点相差较大,故可以用蒸馏的方法进行分离, 所以答案是:蒸馏;(5)②碘遇淀粉显蓝色,用0.1mol/L的Na2S2O3溶液滴定溶液中的碘,当碘反应完毕时,溶液的蓝色会褪色,所以滴定终点的现象为溶液由蓝色变为无色,且半分钟内不变色,所以答案是:溶液由蓝色变为无色,且半分钟内不变色;③0.1000mol•L﹣1碘溶液10.00mL中含有碘单质的物质的量为:0.1000mol•L﹣1×0.0100L=0.00100mol,根据反应I2+2Na2S2O3=2NaI+Na2S4O6可知,与磷酸反应消耗的碘单质的物质的量为:0.00100mol﹣0.1000mol•L﹣1×0.00084L× =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的物质的量为:n(H3PO3)=n(I2)=0.00058mol,250mL该溶液中含有H3PO3的物质的量为:0.00058mol× =0.0058mol,所以100g产品中含有的三氯化磷的物质的量为0.0058mol,该产品中PCl3的质量分数为: ×100%=0.8%;所以答案是:0.8%.