Question

【題目】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高溫下用過量的碳還原二氧化硅制得粗硅，同時(shí)得到一種可燃性氣體；

② 粗硅與干燥的HCl氣體反應(yīng)制得SiCl3（Si+ 3HClSiCl3 + H2）

③ SiHC13與過量的H2在1100～1200℃的溫度下反應(yīng)制得純硅，已知SiHCi3。能與水劇烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。

請(qǐng)回答：

（1）第一步制取粗硅的化學(xué)反應(yīng)方程式為_________。

（2）粗硅與HCl氣體反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3（沸點(diǎn)33.0℃ ）中含有少量SiC14 （沸點(diǎn)57.6℃）和HCl（沸點(diǎn)-84.7℃），提純SiHC13采用的方法為________。

（3）實(shí)驗(yàn)室用SiHCl3 與過量的H2反應(yīng)制取純硅裝置如圖所示（加熱和夾持裝置略去）：

①裝置B中的試劑是___________，裝置C中的燒杯需要加熱，目的是___________。

②反應(yīng)一段時(shí)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)方程式是___________。

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

【答案】（1）SiO2+2CSi+ 2CO↑ ；（2）分餾（或蒸餾）；

（3）①濃硫酸；使滴入燒瓶中的SiHC13汽化；

②有固體物質(zhì)生成 ；在題給反應(yīng)溫度下（1100～ 1200℃ ），普通的玻璃會(huì)軟化；

SiHCl3+H2Si+3HCl

③排盡裝置中的空氣。

【解析】

試題分析：（1）高溫下用碳還原二氧化硅生成硅與一氧化碳，反應(yīng)方程式為SiO2+2CSi+ 2CO↑；（2）粗硅與HCl氣體反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3（沸點(diǎn)33.0℃ ）中含有少量SiC14 （沸點(diǎn)57.6℃）和HCl（沸點(diǎn)-84.7℃），提純SiHC13采用的方法為，應(yīng)用二者的沸點(diǎn)相差較大，所以提純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，采用蒸餾的方法；（3）①裝置A中產(chǎn)生氫氣，由于氫氣中含有水蒸汽，所以裝置B中的試劑是濃硫酸，利用濃硫酸的吸水性對(duì)氫氣進(jìn)行干燥處理，裝置C中的燒杯需要加熱，目的是使滴入燒瓶中的SiHC13汽化；②在裝置D中氫氣與SiHC13發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生Si單質(zhì)和HCl，所以反應(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；裝置D不能采用普通玻璃管的原因是在題給反應(yīng)溫度下（1100～ 1200℃ ），普通的玻璃會(huì)軟化，不能進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)；裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是SiHCl3+H2Si+3HCl；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)溫度以及排盡裝置中的空氣，防止氫氣與氧氣混合發(fā)生爆炸，同時(shí)也可以防止產(chǎn)生的Si單質(zhì)被氧化。