Question

11．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$\frac{\underline{\;300℃\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂；
③SiHCl₃與過量 H₂在1 000～1 100℃反應(yīng)制得純硅．已知 SiHCl₃能與 H₂O 強烈反應(yīng)，在空氣中易自燃．
請回答下列問題：
（1）第①步制備粗硅的化學(xué)方程式為SiO₂+2C $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑．
（2）粗硅與 HCl 反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的 SiHCl₃（沸點33.0℃）中含有少量 SiCl₄（沸點 57.6℃）和 HCl（沸點-84.7℃），提純 SiHCl₃采用的方法為分餾．
（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中的試劑是濃硫酸．裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是使滴入燒瓶中的SiHCl₃氣化．
②裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiHCl₃+H₂ $\frac{\underline{\;1000-1100℃\;}}{\;}$Si+3HCl．
③為保證制備純硅實驗的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實驗裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及通一段時間H₂，將裝置中的空氣排盡；． ④SiHCl₃遇水劇烈反應(yīng)生成 H₂SiO₃、HCl 和另一種物質(zhì)，寫出配平的化學(xué)方程式SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl．

Answer 1

分析 （1）高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅和一氧化碳；
（2）粗硅與干燥 HCl 氣體反應(yīng)制得 SiHCl₃：Si+3HCl$\frac{\underline{\;300℃\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂；SiHCl₃與過量 H₂在1 000～1 100℃反應(yīng)制得純硅．已知 SiHCl₃能與 H₂O 強烈反應(yīng)，在空氣中易自燃，高溫下，碳和二氧化硅反應(yīng)生成硅和一氧化碳；根據(jù)題中數(shù)據(jù)，采用分餾方法提純SiHCl₃；
（3）①生成的氫氣含有水蒸氣，用濃H₂SO₄干燥；加熱促使SiHCl₃氣化；
②SiHCl₃和氫氣反應(yīng)有硅單質(zhì)生成，根據(jù)硅的顏色判斷D裝置中的顏色變化；反應(yīng)溫度較高，普通玻璃會軟化；SiHCl₃和H₂反應(yīng)生成硅和氯化氫；
③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；
④SiHCl₃易和水發(fā)生水解反應(yīng)．

解答 解：（1）高溫下，碳和二氧化硅反應(yīng)生成硅和一氧化碳，反應(yīng)方程式為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，
故答案為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑； 
（2）SiHCl₃（沸點33.0℃）中含有少量SiCl₄（沸點57.6℃）和HCl（沸點-84.7℃），由于沸點差別較大，可以通過分餾除去雜質(zhì)，
故答案為：分餾；
（3）①鋅和稀硫酸的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以生成的氫氣含有水蒸氣，為干燥氫氣，一般選用濃H₂SO₄干燥；氣體的反應(yīng)速率較大，所以加熱的目的是使SiHCl₃氣化，
故答案為：濃硫酸；使滴入燒瓶中的SiHCl₃氣化；
②高溫下，SiHCl₃和氫氣反應(yīng)生成硅單質(zhì)，硅單質(zhì)是灰黑色固體，所以D裝置中的現(xiàn)象是：石英管的內(nèi)壁附有灰黑色晶體；反應(yīng)方程式為：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+3HCl，
故答案為：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1000-1100℃\;}}{\;}$Si+3HCl；
③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(yīng)該通一段時間H₂，為保證制備純硅實驗的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實驗裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及排盡裝置中的空氣．故答案為：通一段時間H₂，將裝置中的空氣排盡；
④SiHCl₃易和水發(fā)生水解反應(yīng)，SiHCl₃遇水劇烈反應(yīng)生成 H₂SiO₃、HCl 和另一種物質(zhì)，依據(jù)電子守恒和原子守恒得到發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：為SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl；
故答案為：SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl．

點評 本題考查了實驗方案設(shè)計的有關(guān)知識，鐵離子和亞鐵離子的檢驗在高考題中出現(xiàn)，這種類型的題是高考的熱點，是學(xué)習的重點，會根據(jù)實驗?zāi)康暮臀镔|(zhì)的性質(zhì)選取實驗裝置和實驗藥品，然后進行相應(yīng)的實驗，題目難度中等．