Question

2．單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)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(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．
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(zhì)的物理常數(shù)見下表：

物質(zhì)	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(fā)生反應的離子方程式MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$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，含有鐵、鋁等元素的雜質(zhì)．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：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
②滴定前是否要滴加指示劑？否（填“是”或“否”），判斷滴定終點的方法是當?shù)稳胱詈笠坏蜬MnO₄溶液時，溶液顏色由無色變?yōu)樽仙�，�?0秒不褪色．
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^-1KMnO₄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%．若滴定前平視，滴定后俯視KMnO₄液面，對測定結果有何影響偏低（填“偏高”、“偏低”、或“無影響”）

Answer 1

分析 由制備四氯化硅的實驗流程可知，A中發(fā)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(fā)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(xiàn)可防止倒吸，最后氫氣還原SiCl₄；
（1）裝置A是氯氣發(fā)生裝置，A中的離子方程式為MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$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）①結合元素守恒，利用氧化還原反應原理書寫離子反應方程式即可；
②根據(jù)MnO₄^-轉變成Mn²⁺溶液顏色有紫色變成無色，現(xiàn)象明顯；
③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)，依據(jù)計算公式判斷誤差．

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^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$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）①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，故答案為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
②MnO₄^-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，判斷是否達到滴定終點的方法為：當?shù)稳胱詈笠坏蜬MnO₄溶液時，溶液顏色由無色變?yōu)樽仙�，�?0秒不褪色，故答案為：否；當?shù)稳胱詈笠坏蜬MnO₄溶液時，溶液顏色由無色變?yōu)樽仙�，�?0秒不褪色；
③利用關系式法計算：
     5Fe^2+_～MnO₄^-
4×10^-3mol 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)$\frac{2.24×1{0}^{-1}g}{5.000g}$×100%=4.480%，若滴定前平視，滴定后俯視KMnO₄液面，導致高錳酸鉀的體積變小，測定結果偏低，故答案為：4.480%；偏低．

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．