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、硫、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。查閱相關資料獲悉：

a.四氯化硅遇水極易水解；

b.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	AlCl3	FeCl3	PCl5
沸點/℃	57.7	—	315	—
熔點/℃	-70.0	—	—	—
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A中g管的作用是___；裝置C中的試劑是___；裝置E中的h瓶需要冷卻理由是___。

（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，含有鐵、鋁等元素的雜質。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反應滴定，錳元素被還原為Mn2+。

①寫出用KMnO4滴定Fe2+的離子方程式：___；

②滴定前是否要滴加指示劑？___（填“是”或“否”），判斷滴定終點的方法是___。

③某同學稱取5.000g殘留物，預處理后在容量瓶中配制成100mL溶液，移取25.00mL試樣溶液，用1.000×10-2mol·L-1 KMnO4標準溶液滴定。達到滴定終點時，消耗標準溶液20.00mL，則殘留物中鐵元素的質量分數是___。

Answer 1

【答案】MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O 平衡壓強，使液體順利滴下 濃硫酸 使SiCl4冷凝 5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O 否 當滴入最后一滴KMnO4溶液時，溶液顏色由無色變為紫色，且30秒不褪色 4.480%

【解析】

由制備四氯化硅的實驗流程可知，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，E裝置制取氫氣，F可防止倒吸，最后氫氣還原SiCl4。

（1）裝置A制取氯氣，發生反應的離子方程式是MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O；

（2）要使分液漏斗中的液體順利滴下，所以作用是平衡壓強，使液體順利滴下；應用四氯化硅遇水極易水解，所以在通入裝置D之前需要，需要干燥處理，即裝置C中的試劑是濃硫酸；SiCl4的熔點較低，所以作用是使SiCl4冷凝；

（3）①酸性高錳酸鉀溶液就有強氧化性，能把亞鐵離子氧化生成鐵離子，反應的方程式是5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O；

②由于酸性高錳酸鉀溶液，在溶液中顯紫紅色，所以不需要另加指示劑。因此終點時的現象是當滴入最后一滴KMnO4溶液時，溶液顏色由無色變為紫色，且30秒不褪色；

③根據反應式可知，25.00ml溶液中亞鐵離子的物質的量是0.0200L×0.01mol/L×5=0.001mol，鐵元素的總質量為：4×1×10-3mol×56g·mol-1=2.24×10-1g，鐵元素的質量分數×100%=4.480%。