Question

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Fe^2＋，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5Fe^2＋＋MnO＋8H^＋===5Fe^3＋＋Mn^2＋＋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________。

Answer

MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O 平衡气压 浓H2SO4 SiCl4沸点较低，用冷却液可得到液态SiCl4 Al、Cl、P 否 MnO有颜色，故不需其他指示剂 4.48%

【解析】制备四氯化硅的原料为Cl 2 和Si。A装置为Cl2 的制备装置，B、C装置为除杂装置。先用B除去HCl，再用C（浓H2SO4 ）除去H 2 O蒸气。Cl 2 通入粗硅中反应，用冷水将产生SiCl 4 冷凝即可。（1）制取氯气用浓盐酸和MnO 2 在加热条件下反应。（2）g管是将分液漏斗与烧瓶相连，则它们中的压强是相待的，这样便于盐酸能顺利滴下。SiCl 4 的沸点很低，只有57.7℃，而反应的温度达几百度，故需要冷凝收集。（3）从物质的物理性质表可发现，AlCl 3 ,FeCl 3 和PCl 5 均易升华，故还应还有Al、P、Cl元素。（4）由于高锰酸钾本身是紫红色的，与Fe 2＋ 反应时，可以褪色，故而可以作为指示剂。根据方程式可以找出关系，5Fe2＋ ~MnO4－ , n (Fe)= 10 -2 ×20×10 -3 ×5× =4×10 -3 mol。W (Fe)= 4×10 -3 × ×100% =4.48%。