Question

【題目】晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步驟如下：

①高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅

②粗硅與干燥HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si+3HCl=SiHCl3+H2

③SiHCl3與過量H2在1 100 ℃反應(yīng)制得純硅，已知SiHCl3能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。

請(qǐng)回答下列問題：

(1)第①步制備粗硅的化學(xué)反應(yīng)方程式為_____。

(2)粗硅與HCl反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3(沸點(diǎn)33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸點(diǎn)57.6 ℃)和HCl(沸點(diǎn)-84.7 ℃)，提純SiHCl3采用的方法為_____。

(3)用SiHCl3與過量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如圖(熱源及夾持裝置略去)：

①裝置B中的試劑是_____，裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是______。

②反應(yīng)一段時(shí)間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是____，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為____。

③為保證制備純硅實(shí)驗(yàn)的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及____。

④為鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì)，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后需再加入的試劑是____(填寫字母代號(hào))。

a.碘水　b.氯水　c.NaOH溶液 d.KSCN溶液　 e.Na2SO3溶液

Answer 1

【答案】SiO2+2CSi+2CO↑ 蒸餾 濃硫酸 使滴入燒瓶中的SiHCl3氣化 有固體物質(zhì)生成 SiHCl3+H2Si+3HCl 排盡裝置中的空氣 bd

【解析】

本實(shí)驗(yàn)是利用SiHCl3和氫氣反應(yīng)制取純硅，首先在裝置A利用稀硫酸和鋅粒反應(yīng)制取氫氣，SiHCl3能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)、在空氣中易自燃，所以需要裝置B中盛放濃硫酸將生成的氫氣進(jìn)行干燥、并用氫氣排盡裝置中的空氣；水浴加熱裝置C，使SiHCl3揮發(fā)，和氫氣一同進(jìn)入石英管中在高溫條件下反應(yīng)制取純硅。

(1)高溫下，SiO2和C反應(yīng)生成Si和CO，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2+2CSi+2CO↑；

(2)沸點(diǎn)不同的液體混合物可以采用蒸餾的方法分離，這幾種物質(zhì)沸點(diǎn)不同，所以采用蒸餾的方法分離；

(3)①為防止SiHCl3與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，需要干燥劑干燥氫氣，濃硫酸具有吸水性且不和氫氣反應(yīng)，所以裝置B中可以盛放濃硫酸；加熱裝置C中燒瓶，升高溫度能使SiHCl3氣化，從而使SiHCl3和氫氣在D中反應(yīng)；

②D中發(fā)生反應(yīng)SiHCl3+H2Si+3HCl，Si為固態(tài)，所以看到的現(xiàn)象是有固體物質(zhì)生成；

③SiHCl3能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)、在空氣中易自燃，且Si是親氧元素，為防止SiHCl3自燃和Si被氧化，需要排盡裝置中的空氣；

④若含鐵單質(zhì)，加入稀鹽酸后溶液中應(yīng)含Fe2+；檢驗(yàn)Fe2+先加入KSCN溶液無明顯現(xiàn)象，再加入氯水溶液變紅色即可，故選b、d。