Question

（2009?浙江）单晶硅是信息产业中重要的基础材料．通常用炭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：①四氯化硅遇水极易水解；
②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；
③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

MnO₂+4H⁺+2Cl^-

加热  .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O

．
（2）装置A中g管的作用是

平衡压强，使液体顺利流出并防止漏气

；装置C中的试剂是

浓硫酸

；
装置E中的h瓶需要冷却的理由是

产物SiCl₄沸点低，需要冷凝收集

．
（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

Al、P、Cl

（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，反应的离子方程式是：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
①滴定前是否要滴加指示剂？

否

（填“是”或“否”），请说明理由

KMnO₄溶液的紫红色可指示反应终点

．
②某同学称取5.000g残留物后，经预处理后在容量瓶中配制成100mL溶液，移取25.00mL试样溶液，用1.000×10^-2 mol/LKMnO₄标准溶液滴定．达到滴定终点时，消耗标准溶液20.00mL，则残留物中铁元素的质量分数是

4.480%

．

Answer 1

分析：（1）装置A是氯气发生装置，A中的离子方程式为MnO₂+4H⁺+2Cl^-

加热  .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）因浓盐酸有挥发性，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；根据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；根据产物SiCl₄沸点低；
（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；
（4）根据MnO₄^-转变成Mn²⁺溶液颜色有紫色变成无色，现象明显；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．

解答：解：（1）装置A是氯气发生装置，A中的离子方程式为MnO₂+4H⁺+2Cl^-

加热  .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；故答案为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-

加热  .

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，需要冷凝收集；
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，需要冷凝收集；
（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：
       5Fe^2+_～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=2.24×10^-1g，铁元素的质量分数

2.24×10-1g

5.000g

×100%=4.480%，
故答案为：4.480%；

点评：本题为传统的综合实验方案设计题，综合了氯气的制法、硅的提纯、滴定法等了实验知识．对有效数字的运算规则也有要求．