Question

【题目】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、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：

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	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F的名称是___________________；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，反应的离子方程式为5Fe2＋＋MnO4-＋8H＋==5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O。

①滴定前是否要滴加指示剂？________(填“是”或“否”)。

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_____________

Answer 1

【答案】MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O 干燥管 浓H2SO4 SiCl4沸点较低，用冷却液可得到液态SiCl4 Al、Cl、P 否 4.48%

【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中发生的反应为二氧化锰和浓盐酸加热制取氯气，离子方程式为：MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O，

故答案为：MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O；

(2)装置F的名称是干燥管；装置C中用浓H2SO4除水以制得干燥纯净的Cl2，故所盛试剂是浓H2SO4；h瓶用冷却液冷却，主要目的是得到SiCl4。

故答案为：干燥管；浓H2SO4 ；SiCl4沸点较低，用冷却液可得到液态SiCl4；

(3) 精馏粗产物得到SiCl4，温度应控制在57.7°C，此时BCl3已汽化，但AlCl3、FeCl3、PCl3均残留在瓶中，所以残留杂质元素除铁元素外是Al、P、Cl，

故答案为：Al、Cl、P

(4)①滴定时MnO4-是自身指示剂，终点时变为紫红色且30 s内不变即可读数，所以不需要滴加指示剂；

②根据反应的离子方程式为5Fe2＋＋MnO4-＋8H＋==5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O，

5Fe2＋~~~~MnO4-

5 1

x 1.000×10－2 mol·L－10.020L＝2.000×10－4 mol

解得x＝1.000×10－3 mol，从100 mL中取出25 mL，

原溶液中n(Fe2＋)＝4.000×10－3 mol，

w＝100%＝4.48%。

故答案为：4.48%。