Question

單晶硅是信息產業中重要的基礎材料。通常用焦炭在高溫下還原二氧化硅制得粗硅(含鐵、鋁、硼、磷等雜質)，粗硅與氯氣反應生成四氯化硅(反應溫度450～500 ℃)，四氯化硅經提純后用氫氣還原可得高純硅。以下是實驗室制備四氯化硅的裝置示意圖。

 

相關信息如下：

a．四氯化硅遇水極易水解；

b．硼、鋁、鐵、磷在高溫下均能與氯氣直接反應生成相應的氯化物；

c．有關物質的物理常數見下表：

物　質	SiCl4	BCl3	AlCl3	FeCl3	PCl5
沸點/℃	57.7	12.8	－	315	－
熔點/℃	－70.0	－107.2	－	－	－
升華溫度/℃	－	－	180	300	162

 

請回答下列問題：

(1)寫出裝置A中發生反應的離子方程式 ____________________________。

(2)裝置A中g管的作用是________；裝置C中的試劑是________；裝置E中的h瓶需要冷卻的理由是________________________________________。

(3)裝置E中h瓶收集到的粗產物可通過精餾(類似多次蒸餾)得到高純度四氯化硅，精餾后的殘留物中，除鐵元素外可能還含有的雜質元素是________(填寫元素符號)。

(4)為了分析殘留物中鐵元素的含量，先將殘留物預處理，使鐵元素還原成Fe2＋，再用KMnO4標準溶液在酸性條件下進行氧化還原滴定，反應的離子方程式是：5Fe2＋＋MnO4－＋8H＋=5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O

滴定前是否要滴加指示劑？________(填“是”或“否”)，請說明理由______________________。

②某同學稱取5.000 g殘留物，經預處理后在容量瓶中配制成100 mL溶液，移取25.00 mL試樣溶液，用1.000×10－2 mol·L－1 KMnO4標準溶液滴定。達到滴定終點時，消耗標準溶液20.00 mL，則殘留物中鐵元素的質量分數是________。

 

Answer 1

(1)MnO2＋4H＋＋2Cl－ Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O

(2)平衡壓強　濃硫酸　使SiCl4冷凝　(3)Al、P、Cl

(4)①否　KMnO4溶液自身可作指示劑　②4.480%

【解析】(1)A裝置是制備Cl2的，注意要求寫的是MnO2與濃鹽酸的“離子方程式”。

(2)裝置A中“g”管的作用是“使分液漏斗與圓底燒瓶壓強保持一致，便于液體順利滴下”，簡單說就是“平衡壓強”。B是除雜裝置，除去Cl2中的HCl氣體，C就是干燥裝置。干燥Cl2一般用濃硫酸。由于反應溫度是450～500 ℃，此時SiCl4是氣體，而題目表格中SiCl4通常應是液態的，故裝置E中h瓶需要冷卻的理由應是便于分離得到SiCl4。

(3)根據已知條件AlCl3、FeCl3、PCl5都會在精餾后的殘留物中存在，注意要先答上Cl，容易遺漏。

(4)①由于紫色的KMnO4溶液反應后顏色會褪去，所以不用滴加指示劑。

②根據KMnO4的用量計算出Fe2＋的用量，再算其質量分數，屬于典型的常見計算，略。