题目内容
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 |
（1）写出装置A中发生反应的离子方程式______ Mn2++Cl2↑+2H2O
Mn2++Cl2↑+2H2O；（2）因浓盐酸有挥发性，故分液漏斗要加盖，加盖后如没有g管，则盐酸就不易流下去，g管的作用是平衡压强，使液体顺利流出并防止漏气；根据制得的氯气中含有氯化氢和水，装置B用饱和食盐水除去氯化氢，装置C用浓硫酸吸水；根据产物SiCl4沸点低；
（3）D中氯气与粗硅反应生成SiCl4，h瓶收集粗产物，精馏粗产品可得高纯度四氯化硅，由表中数据可以看出，蒸出SiCl4气体时，BCl3早已成气体被蒸出，而AlCl3、FeCl3、PCl5升华温度均低于SiCl4；
（4）根据MnO4-转变成Mn2+溶液颜色有紫色变成无色，现象明显；先根据关系式5Fe2+～MnO4-计算出100mL溶液中含有的铁，最后求出质量百分数．
解答：解：（1）装置A是氯气发生装置，A中的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-
Mn2++Cl2↑+2H2O；故答案为：MnO2+4H++2Cl-
Mn2++Cl2↑+2H2O；（2）浓盐酸有挥发性，故分液漏斗要加盖，加盖后如没有g管，则盐酸就不易流下去，g管的作用是平衡压强，使液体顺利流出并防止漏气；制得的氯气中含有氯化氢和水，装置B用饱和食盐水除去氯化氢，装置C用浓硫酸吸水；产物SiCl4沸点低，需要冷凝收集；
故答案为：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）D中氯气与粗硅反应生成SiCl4，h瓶收集粗产物，精馏粗产品可得高纯度四氯化硅，由表中数据可以看出，蒸出SiCl4气体时，BCl3早已成气体被蒸出，而AlCl3、FeCl3、PCl5升华温度均低于SiCl4，所以当SiCl4蒸出后，而AlCl3、FeCl3、PCl5还为固体留在瓶里，故答案为：Al、P、Cl；
（4）①MnO4-转变成Mn2+溶液颜色有紫色变成无色，KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定时，不需要指示剂，故答案为：否；KMnO4溶液的紫红色可指示反应终点；
②利用关系式法计算：
5Fe2+～MnO4-
4×10-5mol 1.000×10-2mol?L-1×0.02L×4
铁元素的质量为：4×10-3mol×56g/mol=2.24×10-1g，铁元素的质量分数
×100%=4.480%，故答案为：4.480%；
点评：本题为传统的综合实验方案设计题，综合了氯气的制法、硅的提纯、滴定法等了实验知识．对有效数字的运算规则也有要求．
相关信息如下：
a.四氯化硅遇水极易水解；
b.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；
c.有关物质的物理常数见下表：
物质 | SiCl4 | BCl3 | AlCl3 | FeCl3 | PCl下标5 |
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Fe2+,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：5Fe2++MnO-4+8H+====5Fe3++Mn2++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5.000 g残留物，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-1 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________________。
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（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 |
— |
— |
— |
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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Fe2＋,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：
5Fe2＋＋MnO4－＋8H＋
5Fe3＋＋Mn2＋＋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 。