Question

清洗和制絨是硅晶片制作的重要步驟之一，硅片化學清洗的主要目的是除去硅片表面雜質（如某些有機物，無機鹽，金屬、Si、SiO₂粉塵等）。常用的化學清洗劑有高純水、有機溶劑、雙氧水、濃酸、強堿等。其中去除硅的氧化物，通常用一定濃度的HF溶液，室溫條件下將硅片浸泡1至數(shù)分鐘。制絨是在硅片表面形成金字塔形的絨面，增加硅對太陽光的吸收。單晶制絨通常用NaOH，Na₂SiO₃等混合溶液在75～90℃反應25～35 min，效果良好。

回答下列問題

（1）能否用玻璃試劑瓶來盛HF溶液，為什么?用化學方程式加以解釋                           ；

（2）寫出晶片制絨反應的離子方程式                                    ，對單晶制絨1990年化學家Seidel提出了一種的電化學模型，他指出Si與NaOH溶液的反應，首先是Si與OH^一反應，生成SiO₄^4一，然后SiO₄^4一迅速水解生成H₄SiO₄。基于此原理分析反應中氧化劑為                     。

（3）本校化學興趣小組同學，為驗證Seidel的理論是否正確，完成以下實驗：

	實驗事實
事實一	水蒸汽在600℃時可使粉末狀硅緩慢氧化并放出氫氣。
事實二	盛放于鉑或石英器皿中的純水長時間對粉末狀還原硅無腐蝕作用。
事實三	普通玻璃器皿中的水僅因含有從玻璃中溶出的微量的堿便可使粉末狀硅在其中緩慢溶解。
事實四	在野外環(huán)境里，用較高百分比的硅鐵粉與干燥的Ca(OH)2和NaOH，點著后燜燒，可劇烈放出H2。
事實五	1g（0.036mo1）Si和20mL含有l(wèi)gNaOH（0.025mol）的溶液，小心加熱（稍微預熱），收集到約1700mL H2，很接近理論值（1600mL）。

 

結論：從實驗上說明堿性水溶液條件下，H₂O可作                 劑；NaOH作               劑，降低反應             。高溫無水環(huán)境下，NaOH作               劑。

（4）在太陽能電池表面沉積深藍色減反膜——氮化硅晶膜。常用硅烷（SiH₄）與氨氣（NH₃）在等離子體中反應。硅烷是一種無色、有毒氣體，常溫下與空氣和水劇烈反應。下列關于硅烷、氮化硅的敘述不正確的是                。

A．在使用硅烷時要注意隔離空氣和水，SiH₄能與水發(fā)生氧化還原反應生成H₂；

B．硅烷與氨氣反應的化學方程式為：3SiH₄+4NH₃＝Si₃N₄+12H₂↑，反應中NH₃作氧化劑；

C．它們具有卓越的抗氧化、絕緣性能和隔絕性能，化學穩(wěn)定性很好，不與任何酸、堿反應；

D．氮化硅晶體中只存在共價鍵，Si₃N₄是優(yōu)良的新型無機非金屬材料。

 

Answer 1

【答案】

（10分，除標記外，其余每空2分）（1）SiO₂+4HF＝SiF₄↑+2H₂O

（2）Si+2OH^一+H₂O＝SiO₃^2-+2H₂↑；NaOH；

（3）氧化   催化   活化能    氧化（每空各1分）     （4）C

【解析】

試題分析：（1）因為氫氟酸能和二氧化硅反應，從而腐蝕玻璃，反應的化學方程式為SiO₂+4HF＝SiF₄↑+2H₂O，因此不能用玻璃試劑瓶來盛HF溶液。

（2）硅單質能和氫氧化鈉溶液反應生成硅酸鈉和氫氣，所以晶片制絨反應的離子方程式為Si+2OH^一+H₂O＝SiO₃^2-+2H₂↑；Si與OH^一反應，生成SiO₄^4一，這說明在反應中氧化劑應該是氫氧化鈉。

（3）水蒸汽在600℃時可使粉末狀硅緩慢氧化并放出氫氣，而普通玻璃器皿中的水僅因含有從玻璃中溶出的微量的堿便可使粉末狀硅在其中，這說明在堿性水溶液條件下，H₂O可作氧化劑。少量的氫氧化鈉可以加快反應速率，這說明氫氧化鈉通過降低反應的活化能，起催化劑的作用。在野外環(huán)境里，用較高百分比的硅鐵粉與干燥的Ca(OH)₂和NaOH，點著后燜燒，可劇烈放出H₂，這說明在高溫無水環(huán)境下，NaOH起氧化劑的作用，與硅反應放出氫氣。

（4）A、硅烷在常溫下與空氣和水劇烈反應，因此在使用硅烷時要注意隔離空氣和水，這是由于SiH₄能與水發(fā)生氧化還原反應生成H₂，A正確；B、在反應3SiH₄+4NH₃＝Si₃N₄+12H₂↑中，氨氣中氫元素的化合價從+1價降低到0價得到電子，所以反應中NH₃作氧化劑，硅烷是還原劑，B正確；C、氮化硅的性質穩(wěn)定，但硅烷的性質很活潑，常溫下與空氣和水劇烈反應，因此選項C不正確；D、氮和硅都是非金屬，因此氮化硅晶體中只存在共價鍵，Si₃N₄是優(yōu)良的新型無機非金屬材料，D正確，答案選C。

考點：考查硅及其化合物的結構、性質、用途以及實驗方案設計與評價等