Question

【題目】單晶硅是信息產業中重要的基礎材料。通常用碳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：

a．四氯化硅遇水極易水解；

b．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；

c．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F的名稱是___________________；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Fe2＋，再用KMnO4標準溶液在酸性條件下進行氧化還原滴定，反應的離子方程式為5Fe2＋＋MnO4-＋8H＋==5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O。

①滴定前是否要滴加指示劑？________(填“是”或“否”)。

②某同學稱取5.000 g殘留物，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－1 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】MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O 干燥管 濃H2SO4 SiCl4沸點較低，用冷卻液可得到液態SiCl4 Al、Cl、P 否 4.48%

【解析】

制四氯化硅是由粗硅與Cl2反應得到的，所以必須先制得Cl2，因SiCl4極易水解，所以Cl2須干燥，再根據表格數據分析提純SiCl4的方法。

(1)裝置A中發生的反應為二氧化錳和濃鹽酸加熱制取氯氣，離子方程式為：MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O，

故答案為：MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O；

(2)裝置F的名稱是干燥管；裝置C中用濃H2SO4除水以制得干燥純凈的Cl2，故所盛試劑是濃H2SO4；h瓶用冷卻液冷卻，主要目的是得到SiCl4。

故答案為：干燥管；濃H2SO4 ；SiCl4沸點較低，用冷卻液可得到液態SiCl4；

(3) 精餾粗產物得到SiCl4，溫度應控制在57.7°C，此時BCl3已汽化，但AlCl3、FeCl3、PCl3均殘留在瓶中，所以殘留雜質元素除鐵元素外是Al、P、Cl，

故答案為：Al、Cl、P

(4)①滴定時MnO4-是自身指示劑，終點時變為紫紅色且30 s內不變即可讀數，所以不需要滴加指示劑；

②根據反應的離子方程式為5Fe2＋＋MnO4-＋8H＋==5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O，

5Fe2＋~~~~MnO4-

5 1

x 1.000×10－2 mol·L－10.020L＝2.000×10－4 mol

解得x＝1.000×10－3 mol，從100 mL中取出25 mL，

原溶液中n(Fe2＋)＝4.000×10－3 mol，

w＝100%＝4.48%。

故答案為：4.48%。