Question

16．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氣體反應制得SiHCl₃：Si+3HCl$\frac{{\underline{300{\;}^．C}}}{\;}$SiHCl₃+H₂；
③SiHCl₃與過量H₂在1000～1100℃反應制得純硅．
已知SiHCl₃能與H₂O劇烈反應，在空氣中易自燃．
請回答下列問題：
（1）第①制備粗硅的化學方程式為SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑．
（2）粗硅與HCl反應完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl₃（沸點33.0°C）中含有少量SiCl₄（沸點57，6°C）和HCl（沸點84.7℃），提純SiHCl₃的方法為分餾．
（3）用SiHCl₃與過量H₂反應制備純硅的裝置如圖所示（熱源及夾持裝置均已略去）：

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)生反應的化學方程式為SiHCl₃+H_{2$\frac{{\underline{1000～1100{\;}^．C}}}{\;}$} Si+3HCl．
③為保證制備純硅實驗的成功，操作的關鍵是檢查實驗裝置的氣密性，控制好反應溫度以及先通一段時間H₂，將裝置中的空氣排盡．

Answer 1

分析 （1）高溫下，碳和二氧化硅反應生成硅和一氧化碳；
（2）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和氫氣反應有硅單質生成，根據(jù)硅的顏色判斷D裝置中的顏色變化；反應溫度較高，普通玻璃會軟化；SiHCl₃和H₂反應生成硅和氯化氫；
③氫氣是可燃性氣體，易產(chǎn)生爆炸，為防止安全事故的發(fā)生，所以先通一段時間H₂，將裝置中的空氣排盡．

解答 解：（1）高溫下，碳和二氧化硅反應生成硅和一氧化碳，反應方程式為：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，
故答案為：分餾；
（3）①鋅和稀硫酸的反應是放熱反應，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和氫氣反應生成硅單質，硅單質是灰黑色固體，所以D裝置中的現(xiàn)象是：石英管的內壁附有灰黑色晶體；反應方程式為：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+3HCl，
故答案為：SiHCl₃+H₂$\frac{{\underline{1000～1100{\;}^．C}}}{\;}$Si+3HCl；
③氫氣是可燃性氣體，當氫氣的量達到一定時易產(chǎn)生爆炸，為防止安全事故的發(fā)生，所以先通一段時間H₂，將裝置中的空氣排盡，
故答案為：先通一段時間H₂，將裝置中的空氣排盡．

點評 本題考查了實驗方案設計的有關知識，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，是學習的重點，會根據(jù)實驗目的和物質的性質選取實驗裝置和實驗藥品，然后進行相應的實驗，題目難度中等．