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、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：

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：

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_________________________。

(2)装置E中的h瓶需要冷却的理由是_______________________________。

(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，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？________(填“是”或“否”)，请说明理由__________________________________。

②某同学称取5.000 g残留物，经预处理后在容量瓶中配制成100 mL溶液，移取25.00 mL试样溶液，用1.000 × 10－2 mol·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－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O

(2)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】制四氯化硅是由粗硅与Cl2反应得到的，所以必须先制得Cl2，因SiCl4极易水解，所以Cl2须干燥，再根据表格数据分析提纯SiCl4的方法。(1)书写的是离子方程式，B中盛装饱和食盐水除去HCl，C用浓H2SO4除水以制得干燥纯净的Cl2；(2)A中用恒压分液漏斗平衡压强，使液体顺利流下；h瓶用冷却液冷却，主要目的是得到SiCl4；(3)精馏粗产物得到SiCl4，温度应控制在57.7°C，此时BCl3已汽化，但AlCl3、FeCl3、PCl3均残留在瓶中，所以残留杂质元素是Fe、Al、P、Cl，(4)中①滴定时MnO4-是自身指示剂，终点时变为紫红色且30 s内不变即可读数；②中

5Fe2＋～MnO4-

5 1

x 1.000×10－2 mol·L－1·20 mL×10－3L·mL－1

＝2.000×10－4 mol

x＝1.000×10－3 mol，从100 mL中取出25 mL，原溶液中n(Fe2＋)＝4.000×10－3 mol，

w＝＝4.480%。