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(diǎn)/℃	沸點(diǎn)/℃	其他
SiHCl3	-126.5℃	33.0	易與水強(qiáng)烈反應(yīng)，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(xué)反應(yīng)方程式為SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；硅的一種重要用途是半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料（制造晶體管、集成電路）（硅整流器和太陽(yáng)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(shí)驗(yàn)室用SiHCl₃與過量H₂反應(yīng)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(hào)）；如無(wú)裝置B則C中能發(fā)生的副反應(yīng)方程式是SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl．
②制備實(shí)驗(yàn)操作成功的關(guān)鍵是檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及實(shí)驗(yàn)開始時(shí)先通一段時(shí)間H₂，將裝置中的空氣排盡；反應(yīng)一段時(shí)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(hào)）．
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(yīng)生成Si，反應(yīng)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(yīng)，反應(yīng)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(yīng)，反應(yīng)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(yīng)生成Si；Si能作半導(dǎo)體材料、太陽(yáng)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(qiáng)烈反應(yīng)，空氣中易自然，四氯化硅易水解，所以應(yīng)該采用蒸餾方法分離提純；SiCl₄和HCl能和NaOH溶液反應(yīng)而用NaOH溶液除去；
（3）稀硫酸和Zn反應(yīng)生成氫氣，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以生成的氫氣中含有水蒸氣，SiHCl₃易與水強(qiáng)烈反應(yīng)，為了防止SiHCl₃與水反應(yīng)，通入C中的氫氣應(yīng)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(yīng)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(shí)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(yīng)生成單質(zhì)Si；
SiHCl₃易和水發(fā)生水解反應(yīng)；
②氫氣屬于易燃?xì)怏w，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(yīng)生成單質(zhì)Si；
（4）Fe和稀鹽酸反應(yīng)生成亞鐵離子，亞鐵離子具有還原性，能被強(qiáng)氧化劑氧化生成鐵離子，鐵離子用KSCN溶液檢驗(yàn)．

解答 解：在高溫條件下，C和硅石發(fā)生置換反應(yīng)生成Si，反應(yīng)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(yīng)，反應(yīng)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(yīng)，反應(yīng)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(yīng)生成Si，反應(yīng)方程式為；Si能作半導(dǎo)體材料（制造晶體管、集成電路）（硅整流器和太陽(yáng)能電池）（變壓器鐵芯）等，
故答案為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；半導(dǎo)體材料（制造晶體管、集成電路）（硅整流器和太陽(yáng)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(qiáng)烈反應(yīng)，空氣中易自然，四氯化硅易水解，所以應(yīng)該采用蒸餾方法分離提純；SiCl₄和HCl能和NaOH溶液反應(yīng)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(yīng)生成氫氣，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以生成的氫氣中含有水蒸氣，SiHCl₃易與水強(qiáng)烈反應(yīng)，為了防止SiHCl₃與水反應(yīng)，通入C中的氫氣應(yīng)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(yīng)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(shí)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(yīng)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(yīng)，如果沒有B裝置，生成的氫氣中含有水蒸氣，發(fā)生的反應(yīng)為SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl；
故答案為：CD；SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl；
②氫氣屬于易燃?xì)怏w，和氧氣混合在加熱條件下易產(chǎn)生爆炸，所以實(shí)驗(yàn)開始前應(yīng)該通一段時(shí)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(yīng)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(shí)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(yīng)產(chǎn)生Fe²⁺，其檢驗(yàn)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(yàn)，故選bd．

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