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】

（1）A装置是制备Cl2的，注意要求写的是MnO2与浓盐酸的“离子方程式”；

（2）装置A中“g”管的作用是“使分液漏斗与圆底烧瓶压强保持一致，便于液体顺利滴下”，简单说就是“平衡压强”。B是除杂装置，除去Cl2中的HCl气体，C就是干燥装置。干燥Cl2一般用浓硫酸。由于反应温度是450～500 ℃，此时SiCl4是气体，而题目表格中SiCl4通常应是液态的，故装置E中h瓶需要冷却的理由应是便于分离得到SiCl4；

（3）根据已知条件AlCl3、FeCl3、PCl5都会在精馏后的残留物中存在，注意要先答上Cl，容易遗漏；

（4）由于紫色的KMnO4溶液反应后颜色会褪去，所以不用滴加指示剂；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。

（1）装置A是氯气发生装置，A中的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O；故答案为MnO2+4H++2Cl-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，用冷却液可得到液态SiCl4；

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，用冷却液可得到液态SiCl4；

（3）D中氯气与粗硅反应生成SiCl4，h瓶收集粗产物，精馏粗产品可得高纯度四氯化硅，由表中数据可以看出，蒸出SiCl4气体时，BCl3早已成气体被蒸出，而AlCl3、FeCl3、PCl5升华温度均低于SiCl4，所以当SiCl4蒸出后，而AlCl3、FeCl3、PCl5还为固体留在瓶里，故答案为Al、P、Cl；

（4）①MnO4-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，

故答案为否；KMnO4溶液的紫红色可指示反应终点；

②利用关系式法计算：

       5Fe2+~~~MnO4-

 4×10-5mol     1.000×10-2mol•L-1×0.02L×4

铁元素的质量为：4×10-3mol×56g/mol=0.224g，铁元素的质量分数×100%=4.480%，

故答案为4.480%。