Question

6．工業(yè)上用硅石為原料，制備高純多晶硅的流程如下：

有關(guān)性質(zhì)如下表：

物質(zhì)	熔點/℃	沸點/℃	其他
SiHCl3	-126.5℃	33.0	易與水強烈反應，空氣中易自然
SiCl4	-70	57.6	易水解
HCl	-114.2	-84.7

（1）制備粗硅的化學反應方程式為SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；硅的一種重要用途是半導體材料半導體材料（制造晶體管、集成電路）（硅整流器和太陽能電池）（變壓器鐵芯）等．
（2）第②步經(jīng)冷凝得到的SiHCl₃中含有少量SiCl₄和HCl，提純SiHCl₃采用的方法是蒸餾；尾氣中含有少量SiCl₄和HCl，可通過NaOH（堿）溶液除去．
（3）實驗室用SiHCl₃與過量H₂反應制備純硅的裝置如下（熱源及夾持裝置略去）：

①需要加熱的裝置有CD（填序號）；如無裝置B則C中能發(fā)生的副反應方程式是SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl．
②制備實驗操作成功的關(guān)鍵是檢查實驗裝置的氣密性，控制好反應溫度以及實驗開始時先通一段時間H₂，將裝置中的空氣排盡；反應一段時間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是有固體物質(zhì)生成（石英管的內(nèi)壁附有灰黑色晶體）．
（4）粗硅中一般含有微量鐵、鋁、碳、硼、磷、銅等雜質(zhì)，為鑒定硅中是否含鐵，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后加入的最佳試劑是：bd（填寫字母代號）．
a．碘水  b．氯水  c．NaOH溶液  d．KSCN溶液  e．Na₂SO₃溶液．

Answer 1

分析 在高溫條件下，C和硅石發(fā)生置換反應生成Si，反應方程式為SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；得到的粗硅用干燥的氯化氫在加熱條件下發(fā)生反應，反應方程式為Si+3HCl$\frac{\underline{\;300℃\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂，然后在高溫條件下將SiHCl₃和過量氫氣發(fā)生還原反應，反應方程式為SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+3HCl，從而得到純硅；
（1）高溫條件下，硅和C發(fā)生置換反應生成Si；Si能作半導體材料、太陽能電池等；
（2）第②步經(jīng)冷凝得到的SiHCl₃中含有少量SiCl₄和HCl，SiHCl₃易與水強烈反應，空氣中易自然，四氯化硅易水解，所以應該采用蒸餾方法分離提純；SiCl₄和HCl能和NaOH溶液反應而用NaOH溶液除去；
（3）稀硫酸和Zn反應生成氫氣，該反應是放熱反應，所以生成的氫氣中含有水蒸氣，SiHCl₃易與水強烈反應，為了防止SiHCl₃與水反應，通入C中的氫氣應該用濃硫酸干燥；加熱C裝置能SiHCl₃轉(zhuǎn)化為蒸氣，且氫氣和SiHCl₃充分混合，則D裝置中SiHCl₃和氫氣發(fā)生置換反應生成單質(zhì)Si，尾氣中含有HCl等氣體，用堿液吸收；
①C裝置加熱時分液漏斗中的液體轉(zhuǎn)化為氣體；D裝置加熱使SiHCl₃和氫氣發(fā)生置換反應生成單質(zhì)Si；
SiHCl₃易和水發(fā)生水解反應；
②氫氣屬于易燃氣體，和氧氣混合在加熱條件下易產(chǎn)生爆炸；
裝置加熱使SiHCl₃和氫氣發(fā)生置換反應生成單質(zhì)Si；
（4）Fe和稀鹽酸反應生成亞鐵離子，亞鐵離子具有還原性，能被強氧化劑氧化生成鐵離子，鐵離子用KSCN溶液檢驗．

解答 解：在高溫條件下，C和硅石發(fā)生置換反應生成Si，反應方程式為SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；得到的粗硅用干燥的氯化氫在加熱條件下發(fā)生反應，反應方程式為Si+3HCl$\frac{\underline{\;300℃\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂，然后在高溫條件下將SiHCl₃和過量氫氣發(fā)生還原反應，反應方程式為SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+3HCl，從而得到純硅；
（1）高溫條件下，硅和C發(fā)生置換反應生成Si，反應方程式為；Si能作半導體材料（制造晶體管、集成電路）（硅整流器和太陽能電池）（變壓器鐵芯）等，
故答案為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；半導體材料（制造晶體管、集成電路）（硅整流器和太陽能電池）（變壓器鐵芯）等；
（2）第②步經(jīng)冷凝得到的SiHCl₃中含有少量SiCl₄和HCl，SiHCl₃易與水強烈反應，空氣中易自然，四氯化硅易水解，所以應該采用蒸餾方法分離提純；SiCl₄和HCl能和NaOH溶液反應而用NaOH溶液除去，所以用NaOH處理尾氣，故答案為：蒸餾；NaOH（堿）；
（3）稀硫酸和Zn反應生成氫氣，該反應是放熱反應，所以生成的氫氣中含有水蒸氣，SiHCl₃易與水強烈反應，為了防止SiHCl₃與水反應，通入C中的氫氣應該用濃硫酸干燥，所以濃硫酸的作用是作干燥劑；加熱C裝置能SiHCl₃轉(zhuǎn)化為蒸氣，且氫氣和SiHCl₃充分混合，則D裝置中SiHCl₃和氫氣發(fā)生置換反應生成單質(zhì)Si，尾氣中含有HCl等氣體，用堿液吸收；
①C裝置加熱時分液漏斗中的液體轉(zhuǎn)化為氣體；D裝置加熱使SiHCl₃和氫氣發(fā)生置換反應生成單質(zhì)Si，所以需要加熱的裝置是CD；
SiHCl₃易和水發(fā)生水解反應，如果沒有B裝置，生成的氫氣中含有水蒸氣，發(fā)生的反應為SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl；
故答案為：CD；SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl；
②氫氣屬于易燃氣體，和氧氣混合在加熱條件下易產(chǎn)生爆炸，所以實驗開始前應該通一段時間H₂，將裝置中的空氣排盡；
裝置加熱使SiHCl₃和氫氣發(fā)生置換反應生成單質(zhì)Si，所以D中看到的現(xiàn)象是有固體物質(zhì)生成（石英管的內(nèi)壁附有灰黑色晶體）；
故答案為：通一段時間H₂，將裝置中的空氣排盡；有固體物質(zhì)生成（石英管的內(nèi)壁附有灰黑色晶體）；
（4）鐵與鹽酸反應產(chǎn)生Fe²⁺，其檢驗方法常采用先將Fe²⁺氧化為Fe³⁺然后再加入KSCN溶液看是否變紅來檢驗，故選bd．

點評 本題考查物質(zhì)制備實驗方案設(shè)計，為高頻考點，側(cè)重考查學生獲取信息和利用信息、基本操作能力，明確實驗原理是解本題關(guān)鍵，注意表中信息的作用，題目難度中等．