Question

（10分）單晶硅是信息產業中重要的基礎材料。通常用炭在高溫下還原二氧化硅制得粗硅(含鐵、鋁、硼、磷等雜質)，粗硅與氯氣反應生成四氯化硅（反應溫度450~500℃），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：

①四氯化硅遇水極易水解；

②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；

③有關物質的物理常數見下表：

物質	SiCl4	BCl3	AlCl3	FeCl3	PCl5
沸點/℃	57.7	12.8	—	315	—
熔點/℃	－70.0	－107.2	—	—	—
升華溫度/℃	—	—	180	300	162

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瓶需要冷卻的理由是                                            。

（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，使鐵元素還原成Fe^2＋,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：

5Fe^2＋＋MnO₄^－＋8H^＋5Fe^3＋＋Mn^2＋＋4H₂O

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

 

Answer 1

【答案】

（1）MnO₂＋4H^＋＋2Cl^―Mn^2＋＋Cl₂↑＋2H₂O；

（2）平衡壓強，使液體順利流出并防止漏氣；濃硫酸；產物SiCl₄沸點低，需要冷凝收集；

（3）Al、P、Cl；    （4）①否；KMnO₄溶液的紫紅色可指示反應終點；②4.480%；

【解析】（1）A是氯氣的發生裝置，方程式為MnO₂＋4H^＋＋2Cl^―Mn^2＋＋Cl₂↑＋2H₂O。

（2）g導管能使內外壓強相等，使液體順利流出并防止漏氣。四氯化硅遇水極易水解，所以和二氧化硅反應的氯氣必須是干燥的，因此C中是濃硫酸，干燥氯氣。由于產物SiCl₄沸點低，需要冷凝收集。

（3）由于再加熱的條件下，Al、P也能和氯氣反應生成相應的氯化物，所以可能還含有的雜質元素是Al、P、Cl。

（4）①由于酸性高錳酸鉀溶液是紫紅色的，即KMnO₄溶液的紫紅色可指示反應終點，所以不需要指示劑。

②根據方程式可知，溶液中含有的鐵元素是，所以殘留物中鐵元素的質量分數是0.224÷5×100％＝4.480％。