Question

11．以粗硅（含鐵、鋁等雜質(zhì)）為原料工業(yè)上有以下兩種制備高純硅的工藝．
已知：SiCl₄沸點(diǎn)57.5℃，遇水強(qiáng)烈水解：SiHCl₃沸點(diǎn)31.5℃，且能與H₂O強(qiáng)烈反應(yīng)，并在空氣中易自燃，300℃時(shí)FeCl₃、AlCl₃均能升華．
（1）為鑒定粗硅中含有微量鐵單質(zhì)，將試樣研磨后用稀鹽酸溶解，并取上層清液加入下列試劑中的bd（填字母）．
a．碘水  b．氯水  c．Na₂SO₃溶液 d．KSCN溶液
常溫下SiHCl₃和SiCl₄均為液體，上述流程中操作①為蒸餾．
（2）實(shí)驗(yàn)室用如圖1裝置制備SiCl₄（反應(yīng)溫度在400℃～500℃）．

①裝置F的作用是吸收尾氣Cl₂，并防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入廣口瓶．實(shí)驗(yàn)開始應(yīng)先點(diǎn)燃A（填”A“或”D“）裝置的酒精燈一段時(shí)間后再點(diǎn)燃另一酒精燈．
②E處收集裝置設(shè)計(jì)了甲、乙兩套裝置，請(qǐng)你分別指出兩套裝置的不足之處甲方案未用冷卻液冷卻易損失SiCl₄，乙方案進(jìn)氣管c太細(xì)易堵塞．為使甲裝置易于收集產(chǎn)物，則需對(duì)裝置進(jìn)行的改進(jìn)為甲方案中的廣口瓶浸入盛有冷卻液的水槽中（用文字表達(dá)）．
（3）SiHCl₃與過量H₂制備純硅的裝置如圖2（熱源及夾持裝置已略去）．
裝置B中的試劑是濃硫酸（填名稱），裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是使進(jìn)入燒瓶的液態(tài)SiHCl₃變?yōu)闅怏w．實(shí)驗(yàn)中先讓稀硫酸與鋅粒反應(yīng)一段時(shí)間后，再加熱C、D裝置的理由是讓H₂排盡裝置中的空氣，防止SiHCl₃水解和自燃，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+3HCl．

Answer 1

分析 （1）由于Fe與鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵，再滴入KSCN、氯水，溶液變紅色，說明粗硅中含有鐵單質(zhì)；
常溫下SiHCl₃和SiCl₄均為液體，二者互溶，沸點(diǎn)相差較大，采取蒸餾法進(jìn)行分離；
（2）利用圖1裝置制備SiCl₄，SiCl₄遇水強(qiáng)烈水解，制備裝置應(yīng)干燥，A裝置制備氯氣，B裝置吃飯飽和食鹽水，吸收氯氣中的HCl，C裝置充分濃硫酸，干燥氯氣，氯氣與Si在D裝置中反應(yīng)生成SiCl₄，SiCl₄沸點(diǎn)57.5℃，反應(yīng)得到SiCl₄蒸汽，應(yīng)進(jìn)行冷卻收集，未反應(yīng)的氯氣需要用氫氧化鈉溶液吸收，防止污染空氣，由于SiCl₄遇水強(qiáng)烈水解，F(xiàn)裝置可以吸收尾氣Cl₂，并防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入廣口瓶．
①實(shí)驗(yàn)開始應(yīng)先制備氯氣，并用氯氣排盡裝置中的空氣，再進(jìn)行合成SiCl₄的反應(yīng)；
②甲方案未用冷卻液冷卻易損失SiCl₄，乙方案進(jìn)氣管c太細(xì)易堵塞，將甲方案中的廣口瓶浸入盛有冷卻液的水槽中；
（3）圖2中，A裝置制備氫氣，B裝置中盛放濃硫酸，干燥氫氣，防止SiHCl₃與水反應(yīng)，裝置C中的燒瓶需要加熱，使進(jìn)入燒瓶的液態(tài)SiHCl₃變?yōu)闅怏w，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先通入一定時(shí)間H₂排盡裝置中的空氣，防止SiHCl₃水解和自燃，在D裝置中發(fā)生置換反應(yīng)得到Si與HCl．

解答 解：（1）由于Fe與鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵，再滴入KSCN溶液與氯水，溶液變紅色，說明粗硅中含有鐵單質(zhì)；
常溫下SiHCl₃和SiCl₄均為液體，二者互溶，沸點(diǎn)相差較大，采取蒸餾法進(jìn)行分離，
故答案為：bd；蒸餾；
（2）利用圖1裝置制備SiCl₄，SiCl₄遇水強(qiáng)烈水解，制備裝置應(yīng)干燥，A裝置制備氯氣，B裝置吃飯飽和食鹽水，吸收氯氣中的HCl，C裝置充分濃硫酸，干燥氯氣，氯氣與Si在D裝置中反應(yīng)生成SiCl₄，SiCl₄沸點(diǎn)57.5℃，反應(yīng)得到SiCl₄蒸汽，應(yīng)進(jìn)行冷卻收集，未反應(yīng)的氯氣需要用氫氧化鈉溶液吸收，防止污染空氣，由于SiCl₄遇水強(qiáng)烈水解，F(xiàn)裝置可以吸收尾氣Cl₂，并防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入廣口瓶．
①F裝置的作用是：吸收尾氣Cl₂，并防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入廣口瓶；實(shí)驗(yàn)開始應(yīng)先制備氯氣，并用氯氣排盡裝置中的空氣，防止SiCl₄水解，再進(jìn)行合成SiCl₄的反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)開始應(yīng)先點(diǎn)燃A處酒精燈，
故答案為：吸收尾氣Cl₂，并防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入廣口瓶；A；
②甲方案未用冷卻液冷卻易損失SiCl₄，乙方案進(jìn)氣管c太細(xì)易堵塞，為使甲裝置易于收集產(chǎn)物，將甲方案中的廣口瓶浸入盛有冷卻液的水槽中，
故答案為：甲方案未用冷卻液冷卻易損失SiCl₄，乙方案進(jìn)氣管c太細(xì)易堵塞；甲方案中的廣口瓶浸入盛有冷卻液的水槽中；
（3）圖2中，A裝置制備氫氣，B裝置中盛放濃硫酸，干燥氫氣，防止SiHCl₃與水反應(yīng)，裝置C中的燒瓶需要加熱，使進(jìn)入燒瓶的液態(tài)SiHCl₃變?yōu)闅怏w，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先通入一定時(shí)間H₂排盡裝置中的空氣，防止SiHCl₃水解和自燃，在D裝置中發(fā)生置換反應(yīng)得到Si與HCl，反應(yīng)方程式為：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+3HCl，
故答案為：濃硫酸；使進(jìn)入燒瓶的液態(tài)SiHCl₃變?yōu)闅怏w；讓H₂排盡裝置中的空氣，防止SiHCl₃水解和自燃；SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+3HCl．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，綜合了氯氣的制法、硅的提純、物質(zhì)的分離提純、對(duì)裝置與操作的分析評(píng)價(jià)等實(shí)驗(yàn)知識(shí)，結(jié)合物質(zhì)的性質(zhì)明確原理為解答的關(guān)鍵，題目難度中等．