Question

單晶硅是信息產業中重要的基礎材料。通常用碳在高溫下還原二氧化硅制得粗硅（含鐵、鋁、硫、磷等雜質），粗硅與氯氣反應生成四氯化硅（反應溫度450-500°C），四氯化硅經提純后用氫氣還原可得高純硅。以下是實驗室制備四氯化硅的裝置示意圖。

相關信息如下：

a.四氯化硅遇水極易水解；

b.硼、鋁、鐵、磷在高溫下均能與氯氣直接反應生成相應的氯化物；

c.有關物質的物理常數見下表：

請回答下列問題：

（1）寫出裝置A中發生反應的離子方程式                  。

（2）裝置A中g管的作用是              ；裝置C中的試劑是         ；裝置E中的h瓶需要冷卻理由是                 。

（3）裝置E中h瓶收集到的粗產物可通過精餾（類似多次蒸餾）得到高純度四氯化硅，精餾后的殘留物中，除鐵元素外可能還含有的雜質元素是             （填寫元素符號）。

（4）為了分析殘留物中鐵元素的含量，先將殘留物預處理，是鐵元素還原成Fe²⁺ ，再用KMnO₄標準溶液在酸性條件下進行氧化還原滴定，反應的離子方程式是：

①滴定前是否要滴加指示劑？            （填“是”或“否”），請說明理由          。

②某同學稱取5.000g殘留物，預處理后在容量瓶中配制成100ml溶液，移取25.00ml，試樣溶液，用1.000×10^-2mol· L^-1KMnO₄標準溶液滴定。達到滴定終點時，消耗標準溶液20.00ml,則殘留物中鐵元素的質量分數是           。

 

Answer 1

(1)MnO₂ +4H^＋ + 2Cl^－Mn^2＋ +Cl₂↑ + 2H₂O

(2)平衡壓強   濃硫酸   使SiCl₄ 冷凝

（3）Al、P、Cl

(4)①否；KMnO₄溶液自身可作指示劑；

②4.480%

解析:制備四氯化硅的原料為Cl₂和Si。A裝置為Cl₂的制備裝置，B、C裝置為除雜裝置。先用B除去HCl，再用C（濃H₂SO₄）除去H₂O蒸氣。Cl₂通入粗硅中反應，用冷水將產生SiCl₄冷凝即可。（1）制取氯氣用濃鹽酸和MnO₂在加熱條件下反應。（2）g管是將分液漏斗與燒瓶相連，則它們中的壓強是相待的，這樣便于鹽酸能順利滴下。SiCl₄的沸點很低，只有57.7℃，而反應的溫度達幾百度，故需要冷凝收集。（3）從物質的物理性質表可發現，AlCl₃,FeCl₃和PCl₅均易升華，故還應還有Al、P、Cl元素。（4）由于高錳酸鉀本身是紫紅色的，與Fe^2＋反應時，可以褪色，故而可以作為指示劑。根據方程式可以找出關系，5Fe^2＋~MnO₄^－  ,n(Fe)= 10^-2×20×10^-3×5×100/25=4×10^-3mol。W (Fe)= 4×10^-3×56/5 ×100% =4.48%。