Question

三氯化磷（PCl₃）是一种重要的半导体材料掺杂剂．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．

已知黄磷与少量Cl₂反应生成PCl₃，与过量Cl₂反应生成PCl₅．PCl₃遇O₂会生成POCl₃，POCl₃溶于PCl₃，PCl₃遇水会强烈水解生成H₃PO₃和HCl．PCl₃、POCl₃的熔沸点见下表．

物质	熔点/℃	沸点/℃
PCl3	-112	75.5
POCl3	2	105.3

请答下面问题：
（1）A装置中制氯气的离子方程式为

 

．
（2）B中所装试剂是

 

，E中冷水的作用是

 

，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

 

，C装置中的K₁、K₂的设计也出于类似的目的，为了达到这一实验目的，实验时与K₁、K₂有关的操作是

 

．
（4）粗产品中常含有POCl₃、PCl₅等．加入黄磷加热除去PCl₅后，通过

 

（填实验操作名称），即可得到较纯净的PCl₃．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：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装置中二氧化锰和浓盐酸反应制取氯气，反应为MnO₂+4HCl（浓）

△   .

MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，据此书写离子反应方程式；
（2）氯气为酸性气体，需用酸性干燥剂干燥，三氯化磷沸点低，可用冷水冷凝收集，碱石灰吸收多余氯气防止污染空气，防止空气中的水蒸气进入影响产品纯度；
（3）由于PCl₃遇O₂会生成POCl₃，遇水生成H₃PO₃和HCl，黄磷（白磷）能自燃，通入二氧化碳赶净空气，避免水和氧气与三氯化磷发生反应；先关闭K₁，打开K₂，利用氯气排净装置中的空气；
（4）依据物质的沸点数值不同，可以利用蒸馏的方法分离出三氯化磷．

解答： 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，
故答案为：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，
故答案为：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，
故答案为：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，
故答案为：蒸馏．

点评：本题考查阅读获取信息的能力、对实验原理理解等，题目难度较大，是对知识的综合运用，理解实验原理是解题的关键，需要学生具有扎实的基础与综合运用分析解决问题的能力，注意题中信息PCl₃遇O₂会生成POCl₃，POCl₃溶于PCl₃，PCl₃遇水会强烈水解生成H₃PO₃和HCl．PCl₃、POCl₃的熔沸点为解答关键．