Question

【題目】單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎(chǔ)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(zhì))，粗硅與氯氣反應(yīng)生成四氯化硅(反應(yīng)溫度450～500 ℃)，四氯化硅經(jīng)提純后用氫氣還原可得高純硅。以下是實(shí)驗(yàn)室制備四氯化硅的裝置示意圖。

相關(guān)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(yīng)生成相應(yīng)的氯化物；

c．有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見下表：

物質(zhì)	SiCl4	BCl3	AlCl3	FeCl3	PCl5
沸點(diǎn)/℃	57.7	12.8	－	315	－
熔點(diǎn)/℃	－70.0	－107.2	－	－	－
升華溫度/℃	－	－	180	300	162

請(qǐng)回答下列問題：

(1)寫出裝置A中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：____________________________。

(2)裝置A中g(shù)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(chǎn)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(zhì)元素是____________(填寫元素符號(hào))。

(4)為了分析殘留物中鐵元素的含量，先將殘留物預(yù)處理，使鐵元素還原成Fe2＋，再用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液在酸性條件下進(jìn)行氧化還原滴定，反應(yīng)的離子方程式為5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O。

①滴定前是否要滴加指示劑？________(填“是”或“否”)，請(qǐng)說明理由：

____________________________________________________________。

②某同學(xué)稱取5.000 g殘留物，經(jīng)預(yù)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(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00 mL，則殘留物中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是________。

Answer 1

【答案】MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O 平衡氣壓 濃H2SO4 SiCl4沸點(diǎn)較低，用冷卻液可得到液態(tài)SiCl4 Al、Cl、P 否 MnO有顏色，故不需其他指示劑 4.48%

【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(qiáng)保持一致，便于液體順利滴下”，簡(jiǎn)單說就是“平衡壓強(qiáng)”。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(yīng)溫度是450～500 ℃，此時(shí)SiCl4是氣體，而題目表格中SiCl4通常應(yīng)是液態(tài)的，故裝置E中h瓶需要冷卻的理由應(yīng)是便于分離得到SiCl4；

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

（4）由于紫色的KMnO4溶液反應(yīng)后顏色會(huì)褪去，所以不用滴加指示劑；先根據(jù)關(guān)系式5Fe2+～MnO4-計(jì)算出100mL溶液中含有的鐵，最后求出質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。

（1）裝置A是氯氣發(fā)生裝置，A中的離子方程式為MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O；故答案為MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O；

（2）濃鹽酸有揮發(fā)性，故分液漏斗要加蓋，加蓋后如沒有g管，則鹽酸就不易流下去，g管的作用是平衡壓強(qiáng)，使液體順利流出并防止漏氣；制得的氯氣中含有氯化氫和水，裝置B用飽和食鹽水除去氯化氫，裝置C用濃硫酸吸水；產(chǎn)物SiCl4沸點(diǎn)低，用冷卻液可得到液態(tài)SiCl4；

故答案為平衡壓強(qiáng)，使液體順利流出并防止漏氣；濃硫酸；產(chǎn)物SiCl4沸點(diǎn)低，用冷卻液可得到液態(tài)SiCl4；

（3）D中氯氣與粗硅反應(yīng)生成SiCl4，h瓶收集粗產(chǎn)物，精餾粗產(chǎn)品可得高純度四氯化硅，由表中數(shù)據(jù)可以看出，蒸出SiCl4氣體時(shí)，BCl3早已成氣體被蒸出，而AlCl3、FeCl3、PCl5升華溫度均低于SiCl4，所以當(dāng)SiCl4蒸出后，而AlCl3、FeCl3、PCl5還為固體留在瓶里，故答案為Al、P、Cl；

（4）①MnO4-轉(zhuǎn)變成Mn2+溶液顏色有紫色變成無色，KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液在酸性條件下進(jìn)行氧化還原滴定時(shí)，不需要指示劑，

故答案為否；KMnO4溶液的紫紅色可指示反應(yīng)終點(diǎn)；

②利用關(guān)系式法計(jì)算：

5Fe2+~~~MnO4-

4×10-5mol 1.000×10-2molL-1×0.02L×4

鐵元素的質(zhì)量為：4×10-3mol×56g/mol=0.224g，鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)×100%=4.480%，

故答案為4.480%。