Question

18．單晶硅是信息產(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、硫、磷等雜質(zhì)）．粗硅與氯氣反應(yīng)生成四氯化硅（反應(yīng)溫度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示意圖．

相關(guān)信息如下：
a．四氯化硅遇水極易反應(yīng)；
b．硝、鋁、鐵、磷在高溫下均能與氧氣直接反應(yīng)生成相應(yīng)的氯化物；
c．有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見表：

物質(zhì)	SiCl4	BCl3	AlCl3	FeCl3	PCl3
沸點(diǎn)/℃	57.7	12.8	-	315	-
熔點(diǎn)/℃	-70.0	-17.2	-	-	-
升華溫度/℃	-	-	180	300	163

請(qǐng)回答下列問題：
（1）寫出裝置A中反應(yīng)的離子方程式MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；制備粗硅的化學(xué)反應(yīng)方程式2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑．
（2）裝置B中的試劑是飽和食鹽水；裝置C中的試劑是濃硫酸；裝置E中的h瓶需要冷卻理由是產(chǎn)物SiCl₄沸點(diǎn)低，需要冷凝收集；干燥管F中堿石灰的作用是吸收空氣中的水蒸氣．
（3）裝置E中h瓶收集到的粗產(chǎn)物含有多種雜質(zhì)：BCl₃、AlCl₃、FeCl₃、PCl₃，根據(jù)題給信息，可通過蒸餾（填操作名稱），得到高純度四氯化硅．
（4）從二氧化硅到高純硅的生產(chǎn)流程中，經(jīng)歷了一系列氧化還原反．涉及多種含硅物質(zhì)，這些含硅的物質(zhì)中，作為氧化劑的有SiO₂、SiCl₄；作為還原劑的有Si．

Answer 1

分析 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）裝置A是氯氣發(fā)生裝置，A中的離子方程式為MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；制備粗硅的化學(xué)方程式為2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；
（2）據(jù)制得的氯氣中含有氯化氫和水，裝置B用飽和食鹽水除去氯化氫，裝置C用濃硫酸吸水；根據(jù)產(chǎn)物SiCl₄沸點(diǎn)低；為防止SiCl₄與空氣中的水反應(yīng)，堿石灰吸收空氣中的水；
（3）利用混合物的沸點(diǎn)不同，可用蒸餾的方法分離；
（4）二氧化硅到高純硅的生產(chǎn)流程中，主要的反應(yīng)有：2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，Si+2Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiCl₄，2H₂+SiCl₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+4HCl，據(jù)此分析．

解答 解：（1）裝置A是氯氣發(fā)生裝置，A中的離子方程式為MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；制備粗硅的化學(xué)方程式為2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；
故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；
（2）制得的氯氣中含有氯化氫和水，裝置B用飽和食鹽水除去氯化氫，裝置C用濃硫酸吸水；產(chǎn)物SiCl₄沸點(diǎn)低，需要冷凝收集；為防止SiCl₄與空氣中的水反應(yīng)，堿石灰吸收空氣中的水；
故答案為：飽和食鹽水；濃硫酸；產(chǎn)物SiCl₄沸點(diǎn)低，需要冷凝收集；吸收空氣中的水蒸氣；
（3）根據(jù)圖，雜質(zhì)與四氯化碳的沸點(diǎn)相差較大，利用混合物的沸點(diǎn)不同，可用分餾的方法分離；
故答案為：蒸餾；
（4）二氧化硅到高純硅的生產(chǎn)流程中，主要的反應(yīng)有：2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，Si+2Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiCl₄，2H₂+SiCl₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+4HCl，含硅的物質(zhì)中，作為氧化劑的有SiO₂、SiCl₄，作為還原劑的有Si；
故答案為：SiO₂、SiCl₄；Si．

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，題目難度中等．