Question

6．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：①四氯化硅遇水極易水解；②SiCl₄沸點為57.7℃，熔點為-70.0℃．請回答：
（1）寫出裝置A中發生反應的離子方程式MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
（2）裝置C中的試劑是濃硫酸；裝置F的作用是防止空氣中的水進入H中；裝置E中的h瓶需要冷卻的理由是產物SiCl₄沸點低，需要冷凝收集．
（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，精餾后的殘留物中含有鐵元素，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Fe²⁺，再用KMnO₄標準溶液在酸性條件下進行氧化還原滴定．
①反應的離子方程式：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O．
②滴定前是否要滴加指示劑？否（填“是”或“否”），請說明理由KMnO₄溶液的紫紅色可指示反應終點．
③滴定前檢驗Fe³⁺是否被完全還原的實驗操作是取少量還原后的溶液于試管中，滴加KSCN溶液，若不出現血紅色，表明Fe³⁺已完全還原．

Answer 1

分析 制備四氯化硅的實驗流程：A中發生二氧化錳與濃鹽酸的反應生成氯氣，B中飽和實驗水除去HCl，C裝置中濃硫酸干燥氯氣，D中發生Si與氯氣的反應生成四氯化硅，由信息可知，四氯化硅的沸點低，則E裝置冷卻可收集四氯化硅，F可防止空氣中的水進入，最后處理含氯氣的尾氣．
（1）二氧化錳和濃鹽酸發生氧化還原反應生成氯化錳、氯氣和水；
（2）裝置C中的試劑應該吸收水而不能吸收氯氣，用濃硫酸干燥氯氣；四氯化硅遇水極易水解，F可防止空氣中的水進入；產物SiCl₄沸點低，需要冷凝收集；
（3）①KMnO₄酸性溶液與Fe²⁺反應時被還原為Mn²⁺，Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，根據化合價升降法配平即可；
②MnO₄^-轉變成Mn²⁺溶液顏色有紫色變成無色，現象明顯，無需滴加指示劑；
③Fe³⁺遇硫氰酸根離子會反應生成硫氰酸鐵血紅色，可用KSCN溶液檢驗鐵離子的存在．

解答 解：（1）裝置A是氯氣發生裝置，A中二氧化錳與濃鹽酸在加熱條件下反應生成氯化錳、氯氣和水，其離子方程式為MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑，
故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑；
（2）濃鹽酸具有揮發性，加熱促進揮發，導致制取的氯氣中含有氯化氫，為除去氯化氫，裝置B中的試劑應該吸收氯化氫而不能吸收氯氣，為飽和食鹽水，裝置C用濃硫酸吸水，四氯化硅遇水極易水解，F可防止空氣中的水進入；產物SiCl₄沸點低，需要冷凝收集，
故答案為：濃硫酸；防止空氣中的水進入H中；產物SiCl₄沸點低，需要冷凝收集；
（3）①KMnO₄酸性溶液與Fe²⁺反應時被還原為Mn²⁺，Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，Mn元素的化合價由+7降到+2，降低5價；Fe元素的化合價由+2升高到+3價，升高1價，最小公倍數為5；再根據質量守恒得到H₂O的系數為4，H⁺的系數為8，離子方程式為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，
故答案為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8 H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
②KMnO₄標準溶液本身就是一種指示劑，MnO₄^-轉變成Mn²⁺溶液顏色有紫色變成無色，KMnO₄標準溶液在酸性條件下進行氧化還原滴定時，不需要指示劑，
故答案為：否；KMnO₄溶液的紫紅色可指示反應終點；
③Fe³⁺遇硫氰酸根離子會反應生成硫氰酸鐵血紅色，證明Fe³⁺的存在．因此取少量還原后的溶液于試管中，滴加KSCN溶液，若不出現血紅色，表明Fe³⁺已完全還原，
故答案為：取少量還原后的溶液于試管中，滴加KSCN溶液，若不出現血紅色，表明Fe³⁺已完全還原．

點評 本題考查制備實驗方案的設計，綜合了氯氣的制法、硅的提純等實驗知識，注意把握制備原理及實驗流程中的反應、物質的性質等為解答的關鍵，側重分析與實驗能力的綜合考查，題目難度中等．