Question

（10分）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。

相关信息如下：

①四氯化硅遇水极易水解；

②硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；

③有关物质的物理常数见下表：

物质	SiCl4	BCl3	AlCl3	FeCl3	PCl5
沸点/℃	57.7	12.8	—	315	—
熔点/℃	－70.0	－107.2	—	—	—
升华温度/℃	—	—	180	300	162

请回答下列问题：

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

（2）装置A中g管的作用是                           ；装置C中的试剂是         ；

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，除铁元素外可能还含有的杂质元素是                  （填写元素符号）。

（4）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Fe^2＋,再用KMnO₄标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式是：

5Fe^2＋＋MnO₄^－＋8H^＋5Fe^3＋＋Mn^2＋＋4H₂O

①滴定前是否要滴加指示剂？     （填“是”或“否”），请说明理由                  

                                      。

②某同学称取5.000g残留物后，经预处理后在容量瓶中配制成100 mL溶液，移取25.00 mL试样溶液，用1.000×10^－2 mol/L KMnO₄标准溶液滴定。达到滴定终点时，消耗标准溶液20.00 mL，则残留物中铁元素的质量分数是           。

 

Answer 1

【答案】

（1）MnO₂＋4H^＋＋2Cl^―Mn^2＋＋Cl₂↑＋2H₂O；

（2）平衡压强，使液体顺利流出并防止漏气；浓硫酸；产物SiCl₄沸点低，需要冷凝收集；

（3）Al、P、Cl；    （4）①否；KMnO₄溶液的紫红色可指示反应终点；②4.480%；

【解析】（1）A是氯气的发生装置，方程式为MnO₂＋4H^＋＋2Cl^―Mn^2＋＋Cl₂↑＋2H₂O。

（2）g导管能使内外压强相等，使液体顺利流出并防止漏气。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，因此C中是浓硫酸，干燥氯气。由于产物SiCl₄沸点低，需要冷凝收集。

（3）由于再加热的条件下，Al、P也能和氯气反应生成相应的氯化物，所以可能还含有的杂质元素是Al、P、Cl。

（4）①由于酸性高锰酸钾溶液是紫红色的，即KMnO₄溶液的紫红色可指示反应终点，所以不需要指示剂。

②根据方程式可知，溶液中含有的铁元素是，所以残留物中铁元素的质量分数是0.224÷5×100％＝4.480％。