Question

單晶硅是信息產業中重要的基礎材料。通常用碳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	PCl下標5
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⁺+MnO^-4+8H⁺====5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O

①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）易升華的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。