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、硫、磷等杂质），粗硅与氯气反应生成四氯化硅（反应温度450-500°C），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：

请回答下列问题：www.ks5.u.com

（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，是铁元素还原成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：

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5.000g残留物，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^-2mol· L^-1KMnO₄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           。

 

Answer 1

(1)MnO₂ +4H^＋ + 2Cl^－Mn^2＋ +Cl₂↑ + 2H₂O

(2)平衡压强   浓硫酸   使SiCl₄ 冷凝

（3）Al、P、Cl

(4)①否；KMnO₄溶液自身可作指示剂；

②4.480%

解析:制备四氯化硅的原料为Cl₂和Si。A装置为Cl₂的制备装置，B、C装置为除杂装置。先用B除去HCl，再用C（浓H₂SO₄）除去H₂O蒸气。Cl₂通入粗硅中反应，用冷水将产生SiCl₄冷凝即可。（1）制取氯气用浓盐酸和MnO₂在加热条件下反应。（2）g管是将分液漏斗与烧瓶相连，则它们中的压强是相待的，这样便于盐酸能顺利滴下。SiCl₄的沸点很低，只有57.7℃，而反应的温度达几百度，故需要冷凝收集。（3）从物质的物理性质表可发现，AlCl₃,FeCl₃和PCl₅均易升华，故还应还有Al、P、Cl元素。（4）由于高锰酸钾本身是紫红色的，与Fe^2＋反应时，可以褪色，故而可以作为指示剂。根据方程式可以找出关系，5Fe^2＋~MnO₄^－  ,n(Fe)= 10^-2×20×10^-3×5×100/25=4×10^-3mol。W (Fe)= 4×10^-3×56/5 ×100% =4.48%。