题目内容

【题目】单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用炭在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质),粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450~500℃),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。

相关信息:①四氯化硅遇水极易水解;②SiCl4沸点为57.7℃,熔点为-70.0℃。请回答:

(1)写出装置A中发生反应的离子方程式___________________________________________

(2)装置C中的试剂是______________;装置F的作用是_____________________________

装置E中的h瓶需要冷却的理由是_____________________________________________

(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅,精馏后的残留物中含有铁元素,为了分析残留物中铁元素的含量,先将残留物预处理,使铁元素还原成Fe2+,再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定。

①反应的离子方程式:______________

②滴定前是否要滴加指示剂?_____(填“是”或“否”),请说明理由___________________

③滴定前检验Fe3+是否被完全还原的实验操作是__________________________________

【答案】MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O浓硫酸防止空气中的水进入H中产物SiCl4沸点低,需要冷凝收集5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O否KMnO4溶液的紫红色可指示反应终点取少量还原后的溶液于试管中,滴加KSCN溶液,若不出现血红色,表明Fe3+已完全还原

【解析】

制四氯化硅是由粗硅与Cl2反应得到的,所以必须先制得Cl2,因SiCl4极易水解,所以Cl2须干燥,再根据表格数据分析提纯SiCl4的方法。

(1)装置A是制取氯气的,所以发生反应的离子方程式是MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。(2)四氯化硅遇水极易水解,所以和二氧化硅反应的氯气必须是干燥的,则在氯气通入装置D之前需要干燥处理,即装置C中的试剂是浓硫酸,同样原因装置F中的碱石灰防止空气中的水进入H中,同时起到吸收过量氯气,防止氯气污染环境的作用;SiCl4的熔点较低,所以作用是使SiCl4冷凝。(3)①酸性高锰酸钾溶液就有强氧化性,能把亚铁离子氧化生成铁离子,反应的离子方程式是5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O;②由于酸性高锰酸钾溶液,在溶液中显紫红色,所以不需要另加指示剂。因此终点时的现象是当滴入最后一滴KMnO4溶液时,溶液颜色由无色变为紫色,且30秒不褪色;③若Fe3+被完全还原,溶液中就不存在Fe3+,滴加KSCN溶液,溶液不会变红色。

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