Question

（2009?浙江）單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)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(zhì)），粗硅與氯氣反應生成四氯化硅（反應溫度450～500℃），四氯化硅經(jīng)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：①四氯化硅遇水極易水解；
②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；
③有關物質(zhì)的物理常數(shù)見下表：

物質(zhì)	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(fā)生反應的離子方程式

MnO₂+4H⁺+2Cl^-

加熱  .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O

．
（2）裝置A中g管的作用是

平衡壓強，使液體順利流出并防止漏氣

；裝置C中的試劑是

濃硫酸

；
裝置E中的h瓶需要冷卻的理由是

產(chǎn)物SiCl₄沸點低，需要冷凝收集

．
（3）裝置E中h瓶收集到的粗產(chǎn)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(zhì)元素是

Al、P、Cl

（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，反應的離子方程式是：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
①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

．
②某同學稱取5.000g殘留物后，經(jīng)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^-2 mol/LKMnO₄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(zhì)量分數(shù)是

4.480%

．

Answer 1

分析：（1）裝置A是氯氣發(fā)生裝置，A中的離子方程式為MnO₂+4H⁺+2Cl^-

加熱  .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）因濃鹽酸有揮發(fā)性，故分液漏斗要加蓋，加蓋后如沒有g管，則鹽酸就不易流下去，g管的作用是平衡壓強，使液體順利流出并防止漏氣；根據(jù)制得的氯氣中含有氯化氫和水，裝置B用飽和食鹽水除去氯化氫，裝置C用濃硫酸吸水；根據(jù)產(chǎn)物SiCl₄沸點低；
（3）D中氯氣與粗硅反應生成SiCl₄，h瓶收集粗產(chǎn)物，精餾粗產(chǎn)品可得高純度四氯化硅，由表中數(shù)據(jù)可以看出，蒸出SiCl₄氣體時，BCl₃早已成氣體被蒸出，而AlCl₃、FeCl₃、PCl₅升華溫度均低于SiCl₄；
（4）根據(jù)MnO₄^-轉變成Mn²⁺溶液顏色有紫色變成無色，現(xiàn)象明顯；先根據(jù)關系式5Fe²⁺～MnO₄^-計算出100mL溶液中含有的鐵，最后求出質(zhì)量百分數(shù)．

解答：解：（1）裝置A是氯氣發(fā)生裝置，A中的離子方程式為MnO₂+4H⁺+2Cl^-

加熱  .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-

加熱  .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）濃鹽酸有揮發(fā)性，故分液漏斗要加蓋，加蓋后如沒有g管，則鹽酸就不易流下去，g管的作用是平衡壓強，使液體順利流出并防止漏氣；制得的氯氣中含有氯化氫和水，裝置B用飽和食鹽水除去氯化氫，裝置C用濃硫酸吸水；產(chǎn)物SiCl₄沸點低，需要冷凝收集；
故答案為：平衡壓強，使液體順利流出并防止漏氣；濃硫酸；產(chǎn)物SiCl₄沸點低，需要冷凝收集；
（3）D中氯氣與粗硅反應生成SiCl₄，h瓶收集粗產(chǎn)物，精餾粗產(chǎn)品可得高純度四氯化硅，由表中數(shù)據(jù)可以看出，蒸出SiCl₄氣體時，BCl₃早已成氣體被蒸出，而AlCl₃、FeCl₃、PCl₅升華溫度均低于SiCl₄，所以當SiCl₄蒸出后，而AlCl₃、FeCl₃、PCl₅還為固體留在瓶里，故答案為：Al、P、Cl；
（4）①MnO₄^-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；
②利用關系式法計算：
       5Fe^2+_～MnO₄^-
 4×10^-5mol     1.000×10^-2mol?L^-1×0.02L×4
鐵元素的質(zhì)量為：4×10^-3mol×56g/mol=2.24×10^-1g，鐵元素的質(zhì)量分數(shù)

2.24×10-1g

5.000g

×100%=4.480%，
故答案為：4.480%；

點評：本題為傳統(tǒng)的綜合實驗方案設計題，綜合了氯氣的制法、硅的提純、滴定法等了實驗知識．對有效數(shù)字的運算規(guī)則也有要求．