Question

單晶硅是信息產業中重要的基礎材料。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)，粗硅與氯氣反應生成四氯化硅（反應溫度450～500℃），四氯化硅經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：①四氯化硅遇水極易水解；②SiCl₄沸點為57.7℃，熔點為－70.0℃。請回答：
（1）寫出裝置A中發生反應的離子方程式                                          。
（2）裝置C中的試劑是             ；裝置F的作用是                            ；
裝置E中的h瓶需要冷卻的理由是                                            。
（3）裝置E中h瓶收集到的粗產物可通過精餾（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元素，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Fe^2＋,再用KMnO₄標準溶液在酸性條件下進行氧化還原滴定。
①反應的離子方程式：                                                       。
②滴定前是否要滴加指示劑？    （填“是”或“否”），請說明理由                  。
③滴定前檢驗Fe^3＋是否被完全還原的實驗操作是                                 。

Answer 1

（1）MnO₂+4H⁺+2Cl^- Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O（2分）
（2）濃硫酸（2分）；
防止空氣中的水進入H中；產物SiCl₄沸點低，需要冷凝收集（2分）
（3）①5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O（2分）
②否；KMnO₄溶液的紫紅色可指示反應終點；（2分）
③取少量還原后的溶液于試管中，滴加KSCN溶液，若不出現血紅色，表明Fe³⁺已完全還原（2分）

試題分析：（1）裝置A為制取氯氣的裝置，所以發生的離子反應方程式為MnO₂+4H⁺+2Cl^- Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）裝置B為除去氯氣中的氯化氫，所以裝置C中的試劑是濃硫酸，干燥氯氣；四氯化硅遇水易水解，所以裝置F的作用是防止空氣中的水進入H中；產物SiCl₄沸點低，需要冷凝收集，所以h瓶需要冷卻；
（3）①亞鐵離子與酸性高錳酸鉀反應被氧化成鐵離子，高錳酸鉀被還原成錳離子，離子方程式為5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
②滴定前不用加任何指示劑，因為高錳酸鉀溶液本身為紫紅色溶液，可用高錳酸鉀溶液的顏色判斷反應終點；
③Fe³⁺的檢驗通常用KSCN溶液，取少量還原后的溶液于試管中，滴加KSCN溶液，若不出現血紅色，表明Fe³⁺已完全還原。