Question

單質(zhì)硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎(chǔ)材料．通常用碳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(yīng)生成四氯化硅（反應(yīng)溫度為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(shí)驗(yàn)室制備四氯化硅的裝置圖（ABCD）和氫氣還原SiCl₄的實(shí)驗(yàn)裝置圖，加熱部分裝置省略（EFGH）：

相關(guān)信息：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(yīng)生成相應(yīng)的氯化物
③有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見下表：

物質(zhì)	SiCl4	BCl3	AlCl3	FeCl3	PCl5
沸點(diǎn)/℃	57.7	12.8	-	315	-
熔點(diǎn)/℃	-70.0	-107.2	-	-	-
升華溫度/℃	-	-	180	300	162

（1）寫出工業(yè)制備粗硅的方程式

 

；
（2）A中所發(fā)生的反應(yīng)的離子方程式

 

；
（3）B和C中分別裝的試劑名稱為

 

 和

 

；
（4）提純該反應(yīng)中所得的四氯化硅的方法是

 

，制備四氯化硅的實(shí)驗(yàn)裝置圖有一個(gè)明顯缺陷，請?zhí)岢龈倪M(jìn)措施

 

；
（5）氫氣還原四氯化硅的裝置圖中，G裝置需要水浴加熱，目的是

 

；
（6）氫氣還原四氯化硅的裝置圖中，為保證實(shí)驗(yàn)安全，H裝置加熱之前必須進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：硅和二氧化硅,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：碳族元素

分析：（1）碳能與二氧化硅反應(yīng)生成硅單質(zhì)；
（2）二氧化錳和濃鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水；
（3）裝置B中的試劑應(yīng)該吸收氯化氫而不能吸收氯氣，裝置C中的試劑應(yīng)該吸收水而不能吸收氯氣；
（4）利用混合物的沸點(diǎn)不同，可用分餾的方法分離；缺少防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入裝置與四氯化硅發(fā)生反應(yīng)裝置；
（5）水浴加熱受熱均勻；
（6）氫氣屬于易燃性氣體，不純時(shí)加熱易爆炸．

解答： 解：由制備四氯化硅的實(shí)驗(yàn)流程可知，A中發(fā)生二氧化錳與濃鹽酸的反應(yīng)生成氯氣，B中飽和實(shí)驗(yàn)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(yīng)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）碳能與二氧化硅反應(yīng)生成硅單質(zhì)，化學(xué)反應(yīng)方程式：2C+SiO₂

高溫  .

Si+2CO↑，故答案為：2C+SiO₂

高溫  .

Si+2CO↑；
（2）裝置A是氯氣發(fā)生裝置，A中的離子方程式為MnO₂+4H⁺+2Cl^-

△   .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-

△   .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（3）濃鹽酸具有揮發(fā)性，加熱促進(jìn)揮發(fā)，導(dǎo)致制取的氯氣中含有氯化氫，為除去氯化氫，裝置B中的試劑應(yīng)該吸收氯化氫而不能吸收氯氣，為飽和食鹽水，裝置C用濃硫酸吸水，故答案為：飽和食鹽水；濃硫酸；
（4）粗硅與氯氣反應(yīng)后得到沸點(diǎn)較低的液態(tài)四氯化硅，其中�；煊幸恍└叻悬c(diǎn)、難揮發(fā)性雜質(zhì)，因沸點(diǎn)不同，則分離提純法選分餾法，防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入與SiCl₄反應(yīng)，需在D裝置后連接裝有濃硫酸的洗氣瓶，
故答案為：分餾；D裝置后連接裝有濃硫酸的洗氣瓶；
（5）水浴加熱受熱均勻，便于控制加熱溫度，故答案為：均勻受熱，控溫更加準(zhǔn)確；
（6）氫氣屬于易燃性氣體，不純時(shí)加熱易爆炸，需通入氫氣一段時(shí)間后，于裝置末端檢驗(yàn)氫氣的純度，純凈后才能點(diǎn)燃，
故答案為：通入氫氣一段時(shí)間后，于裝置末端檢驗(yàn)氫氣的純度，純凈后才能點(diǎn)燃．

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、硅的提純等實(shí)驗(yàn)知識(shí)，為高頻考點(diǎn)，把握制備原理及實(shí)驗(yàn)流程中的反應(yīng)、物質(zhì)的性質(zhì)等為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)、計(jì)算能力的綜合考查，題目難度中等．