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(zhì)（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(yīng)25～35min，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(yīng)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(yīng)，首先是Si與OH^一反應(yīng)，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(yīng)中氧化劑為

 

．
（3）本�；瘜W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（0.036mol）Si和20mL含有l(wèi)gNaOH（0.025mol）的溶液，小心加熱（稍微預(yù)熱），收集到約1700mL H2，很接近理論值（1600mL）．

結(jié)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(yīng)

 

．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(yīng)．硅烷是一種無色、有毒氣體，常溫下與空氣和水劇烈反應(yīng)．下列關(guān)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(yīng)生成H₂；
B．硅烷與氨氣反應(yīng)的化學方程式為：3SiH₄+4NH₃=Si₃N₄+12H₂↑，反應(yīng)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(yīng)；
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

考點：性質(zhì)實驗方案的設(shè)計,制備實驗方案的設(shè)計

專題：實驗設(shè)計題

分析：（1）二氧化硅與氟化氫反應(yīng)生成四氟化硅氣體，導(dǎo)致玻璃被腐蝕；
（2）根據(jù)題干信息判斷反應(yīng)物、生成物，然后寫出反應(yīng)的離子方程式；根據(jù)化合價變化判斷反應(yīng)中的氧化劑；
（3）根據(jù)表中實驗1至實驗五的反應(yīng)現(xiàn)象判斷堿性條件下水、氫氧化鈉的作用，在高溫無水條件下氫氧化鈉的作用；
（4）A．硅烷與水反應(yīng)生成二氧化硅和氫氣，該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)；
B．根據(jù)化合價變化判斷氨氣在反應(yīng)中的作用；
C．硅烷的性質(zhì)很活潑，常溫下與空氣和水劇烈反應(yīng)；
D．根據(jù)氮化硅的化學鍵類型及其用途判斷．

解答： 解：（1）因為氫氟酸能和二氧化硅反應(yīng)：SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O，從而腐蝕玻璃，因此不能用玻璃試劑瓶來盛HF溶液，故答案為：SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O；
（2）硅單質(zhì)能和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成硅酸鈉和氫氣，所以晶片制絨反應(yīng)的離子方程式為：Si+2OH^-+H₂O=SiO₃^2-+2H₂↑；
在反應(yīng)中，氫氧根離子中的氫離子得到電子生成氫氣，則在反應(yīng)中氧化劑應(yīng)該是氫氧化鈉，
故答案為：Si+2OH^-+H₂O=SiO₃^2-+2H₂↑；NaOH；
（3）根據(jù)表中信息可知，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(yīng)速率，這說明氫氧化鈉通過降低反應(yīng)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(yīng)放出氫氣，
故答案為：氧化；催化；活化能；氧化；
（4）A．硅烷在常溫下與空氣和水劇烈反應(yīng)，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(yīng)生成H₂，故A正確；
B．在反應(yīng)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(yīng)中NH₃作氧化劑，硅烷是還原劑，故B正確；
C．氮化硅的性質(zhì)穩(wěn)定，但SiH₄的性質(zhì)很活潑，常溫下與空氣和水劇烈反應(yīng)，故C錯誤；
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，故D正確；
故答案為：C．

點評：本題考查了性質(zhì)實驗方案的設(shè)計方法，題目難度中等，試題知識點較多、綜合性較強，正確分析題干信息為解答關(guān)鍵，注意掌握性質(zhì)實驗方案的設(shè)計原則，試題有利于培養(yǎng)學生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學知識的能力，是一道質(zhì)量較好的題目．