题目内容

2．单晶硅是信息产业中重要的基础材料．通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅（含铁、铝、硫、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．
查阅相关资料获悉：
a．四氯化硅遇水极易水解；
b．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SiCl4AlCl3FeCl3PCl5
沸点/℃57.7-315-
熔点/℃-70.0---
升华温度/℃-180300162
请回答下列问题：
（1）写出装置A中发生反应的离子方程式MnO2+4H++2Cl-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn2++Cl2↑+2H2O．
（2）装置A中g管的作用是平衡压强，使液体顺利流出并防止漏气；装置C中的试剂是浓硫酸；装置E中的h瓶需要冷却理由是产物SiCl4沸点低，需要冷凝收集．
（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、铝等元素的杂质．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反应滴定，锰元素被还原为Mn2+．
①写出用KMnO4滴定Fe2+的离子方程式：5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O；
②滴定前是否要滴加指示剂？否（填“是”或“否”），判断滴定终点的方法是当滴入最后一滴KMnO4溶液时，溶液颜色由无色变为紫色，且30秒不褪色．
③某同学称取5.000g残留物，预处理后在容量瓶中配制成100ml溶液，移取25.00ml试样溶液，用1.000×10-2mol•L-1KMnO4标准溶液滴定．达到滴定终点时，消耗标准溶液20.00ml，则残留物中铁元素的质量分数是4.480%．若滴定前平视，滴定后俯视KMnO4液面，对测定结果有何影响偏低（填“偏高”、“偏低”、或“无影响”）

分析 由制备四氯化硅的实验流程可知，A中发生二氧化锰与浓盐酸的反应生成氯气，B中饱和实验水除去HCl，C装置中浓硫酸干燥氯气，D中发生Si与氯气的反应生成四氯化硅，由信息可知，E装置制取氢气，F可防止倒吸，最后氢气还原SiCl4；
（1）装置A是氯气发生装置，A中的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$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）①结合元素守恒，利用氧化还原反应原理书写离子反应方程式即可；
②根据MnO4-转变成Mn2+溶液颜色有紫色变成无色，现象明显；
③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，依据计算公式判断误差．

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-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn2++Cl2↑+2H2O；故答案为：MnO2+4H++2Cl-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$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）①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，故答案为：5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O；
②MnO4-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，判断是否达到滴定终点的方法为：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，故答案为：否；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利用关系式法计算：
     5Fe2+～MnO4-
4×10-3mol 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$\frac{2.24×1{0}^{-1}g}{5.000g}$×100%=4.480%，若滴定前平视，滴定后俯视KMnO4液面，导致高锰酸钾的体积变小，测定结果偏低，故答案为：4.480%；偏低．

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．

练习册系列答案
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14．对于数千万计的化学物质和为数更多的化学反应，分类法的作用几乎是无可替代的．下图为一“链状连环”图案，图案上由左到右分别写了Cl2、NO2、Na2O2、Na2CO3、FeCl3五种物质，图中相连的两种物质均可归属为一类，相交部分由左到右A、B、C、D为其相应的分类依据代号．

请回答下列问题：
（1）请将分类依据代号填入相应的括号内．
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③两种物质都属于氧化物B     ④两种物质都属于盐类D
（2）用洁净的烧杯取少量蒸馏水，用酒精灯加热至沸腾，向烧杯中逐滴加入1mol•L-1的上图中一种化合物的饱和溶液，可制得一种红褐色的胶体．
①该反应的离子方程式为Fe3++3H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（OH）3（胶体）+3H+．
②如何用较简单的方法判断胶体是否制备成功？若该分散系能产生丁达尔效应，则制备成功，反之不成功．
③向该胶体中逐滴加入HI稀溶液，会出现一系列变化：
a．先出现红褐色沉淀，原因是电解质溶液氢碘酸能使Fe（OH）3胶体发生聚沉，产生Fe（OH）3沉淀．
b．随后红褐色沉淀溶解，此反应的离子方程式为2Fe（OH）3+6H++2I-═2Fe2++I2+6H2O．
11．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料．工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇．已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学平衡常数如表所示：
化学反应平衡常温温度（℃）
500800
①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）K12.50.15
②H2（g）+CO2（g）?H2O（g）+CO（g）K21.02.5
③3H2（g）+CO2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）K3
（1）反应②是吸热（填“吸热”或“放热”）反应．
（2）某温度下反应①中H2的平衡转化率（a）与体系总压强（p）的关系如图甲所示．则平衡状态由A变到B时，平衡常数K（A）=K（B）（填“＞”“＜”或“=”）．
（3）据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3=K1•K2（用K1、K2表示）．500℃时测得反应③在某时刻时，H2（g）、CO2（g）、CH3OH（g）、H2O（g）的浓度（mol•L-1）分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正＞v逆（填“＞”“=”或“＜”）．
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当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是加入催化剂
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