问题 实验题

(10分)单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用炭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:

①四氯化硅遇水极易水解;

②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;

③有关物质的物理常数见下表:

物质SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5
沸点/℃57.712.8315
熔点/℃-70.0-107.2
升华温度/℃180300162
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,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+8H5Fe3+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5.000g残留物后,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1.000×102 mol/LKMnO4标准溶液滴定。达到滴定终点时,消耗标准溶液20.00 mL,则残留物中铁元素的质量分数是          

答案

(1)MnO2+4H+2ClMn2+Cl2↑+2H2O;

(2)平衡压强,使液体顺利流出并防止漏气;浓硫酸;产物SiCl4沸点低,需要冷凝收集;

(3)Al、P、Cl;   (4)①否;KMnO4溶液的紫红色可指示反应终点;②4.480%;

(1)A是氯气的发生装置,方程式为MnO2+4H+2ClMn2+Cl2↑+2H2O。

(2)g导管能使内外压强相等,使液体顺利流出并防止漏气。四氯化硅遇水极易水解,所以和二氧化硅反应的氯气必须是干燥的,因此C中是浓硫酸,干燥氯气。由于产物SiCl4沸点低,需要冷凝收集。

(3)由于再加热的条件下,Al、P也能和氯气反应生成相应的氯化物,所以可能还含有的杂质元素是Al、P、Cl。

(4)①由于酸性高锰酸钾溶液是紫红色的,即KMnO4溶液的紫红色可指示反应终点,所以不需要指示剂。

②根据方程式可知,溶液中含有的铁元素是,所以残留物中铁元素的质量分数是0.224÷5×100%=4.480%。

单项选择题
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