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	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

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－1KMnO4標準溶液滴定。達到滴定終點時，消耗標準溶液20.00mL，則殘留物中鐵元素的質量分數是_______。

 

Answer 1

(1)MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O

(2)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】制四氯化硅是由粗硅與Cl2反應得到的，所以必須先制得Cl2，因SiCl4極易水解，所以Cl2須干燥，再根據表格數據分析提純SiCl4的方法。(1)書寫的是離子方程式，B中盛裝飽和食鹽水除去HCl，C用濃H2SO4除水以制得干燥純凈的Cl2；(2)A中用恒壓分液漏斗平衡壓強，使液體順利流下；h瓶用冷卻液冷卻，主要目的是得到SiCl4；(3)精餾粗產物得到SiCl4，溫度應控制在57.7°C，此時BCl3已汽化，但AlCl3、FeCl3、PCl3均殘留在瓶中，所以殘留雜質元素是Fe、Al、P、Cl，(4)中①滴定時MnO4-是自身指示劑，終點時變為紫紅色且30 s內不變即可讀數；②中

5Fe2＋～MnO4-

5 1

x 1.000×10－2 mol·L－1·20 mL×10－3L·mL－1

＝2.000×10－4 mol

x＝1.000×10－3 mol，從100 mL中取出25 mL，原溶液中n(Fe2＋)＝4.000×10－3 mol，

w＝＝4.480%。