Question

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：

ⅰ.高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅

ⅱ.粗硅與干燥HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl₃：

Si＋3HClSiHCl₃＋H₂

ⅲ.SiHCl₃與過量H₂在1 000～1 100 ℃反應(yīng)制得純硅

已知：SiHCl₃能與H₂O強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。請回答下列問題：

(1)第ⅰ步制備粗硅的化學(xué)反應(yīng)方程式為____________________________________。

(2)粗硅與HCl反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl₃(沸點(diǎn)33.0 ℃)中含有少量SiCl₄(沸點(diǎn)57.6 ℃)和HCl(沸點(diǎn)－84.7 ℃)，提純SiHCl₃采用的方法為______________________________。

(3)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裝置B中的試劑是________。裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是_________________。

②反應(yīng)一段時間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是_____________________________________，

裝置D不能采用普通玻璃管的原因是_____________________________________________，

裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________________________________________。

③為保證制備純硅實(shí)驗(yàn)的成功，操作的關(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________________________________________________________________________。

Answer 1

解析　(1)根據(jù)題給信息，粗硅可以用碳還原二氧化硅的辦法來制得，故反應(yīng)方程式為SiO₂＋2CSi＋2CO↑。

(2)因HCl易溶于水，而SiHCl₃與H₂O強(qiáng)烈反應(yīng)，故提純SiHCl₃的方法只能在無水的條件下利用它們的沸點(diǎn)不同，采用分餾的方法進(jìn)行。

(3)①因SiHCl₃與水強(qiáng)烈反應(yīng)，故A中產(chǎn)生的H₂必須干燥，故B中的液體一定為濃H₂SO₄，且C中燒瓶需加熱，其目的是使SiHCl₃氣化，加快與H₂的反應(yīng)。②根據(jù)題給信息石英管中產(chǎn)生的物質(zhì)應(yīng)為硅，故D中現(xiàn)象應(yīng)有固體產(chǎn)生，由題給信息，制純硅的反應(yīng)條件為1 000～1 100 ℃，此溫度下普通玻璃容易軟化。③因高溫下H₂與O₂容易反應(yīng)而爆炸，故還應(yīng)排盡裝置中的空氣。

答案　(1)SiO₂＋2CSi＋2CO↑　(2)分餾(或蒸餾)　(3)①濃硫酸　使滴入燒瓶中的SiHCl₃氣化�、谟泄腆w物質(zhì)生成　在反應(yīng)溫度下，普通玻璃會軟化　SiHCl₃＋H₂Si＋3HCl　③排盡裝置中的空氣