Question

清洗和制絨是硅晶片制作的重要步驟之一，硅片化學(xué)清洗的主要目的是除去硅片表面雜質(zhì)（如某些有機(jī)物，無機(jī)鹽，金屬、Si、SiO₂粉塵等）。常用的化學(xué)清洗劑有高純水、有機(jī)溶劑、雙氧水、濃酸、強(qiáng)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)25～35 min，效果良好。回答下列問題

Ⅰ.（1）寫出晶片制絨反應(yīng)的離子方程式               ，對單晶制絨1990年化學(xué)家Seidel提出了一種的電化學(xué)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�；�于此原理分析反應(yīng)中氧化劑為                   。

（2）本校化學(xué)興趣小組同學(xué)，為驗(yàn)證Seidel的理論是否正確，完成以下實(shí)驗(yàn)：

	實(shí)驗(yàn)事實(shí)
事實(shí)一	水蒸汽在600℃時可使粉末狀硅緩慢氧化并放出氫氣。
事實(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)著后燜燒，可劇烈放出H2。
事實(shí)五	1g（0.036mo1）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(shí)驗(yàn)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?zé)o水環(huán)境下，NaOH作               劑。

Ⅱ.在工業(yè)中利用鎂制取硅：2Mg＋SiO₂2MgO＋Si，同時有副反應(yīng)發(fā)生：2Mg＋SiMg₂Si，Mg₂Si遇鹽酸迅速反應(yīng)生成SiH₄(硅烷)，SiH₄在常溫下是一種不穩(wěn)定、易分解的氣體。如圖是進(jìn)行Mg與SiO₂反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置：

由于氧氣的存在對該實(shí)驗(yàn)有較大影響，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)通入氣體X作為保護(hù)氣，試管中的固體藥品可選用________(填序號)。        a．石灰石　　　b．鋅粒　　　c．純堿

（4）實(shí)驗(yàn)開始時，必須先通入X氣體，再加熱反應(yīng)物，其理由是______________________________，當(dāng)反應(yīng)開始后，移走酒精燈反應(yīng)能繼續(xù)進(jìn)行，其原因是___________________________。

（5）反應(yīng)結(jié)束后，待冷卻至常溫時，往反應(yīng)后的混合物中加入稀鹽酸。可觀察到閃亮的火星，產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因用化學(xué)方程式表示為_______________________________________。

 

Answer 1

【答案】

（1）Si+2OH^一+H₂O=SiO₃^2-+2H₂↑；NaOH （2）氧化   催化   活化能    氧化    

（3）b�。�4）讓氫氣排盡裝置內(nèi)的空氣，避免空氣中的成分對實(shí)驗(yàn)的影響　該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，可利用自身放出的熱量維持反應(yīng)進(jìn)行�。�5）①M(fèi)g₂Si＋4HCl=2MgCl₂＋SiH₄↑　②SiH₄＋2O₂=SiO₂↓＋2H₂O。

【解析】

試題分析：（1）晶片制絨反應(yīng)的離子方程式Si+2OH^一+H₂O=SiO₃^2-+2H₂↑；在該反應(yīng)中氧化劑為NaOH。（2）堿性水溶液條件下，H₂O可作氧化劑，NaOH作催化劑降低反應(yīng)活化能；高溫?zé)o水環(huán)境下，NaOH作氧化劑。（3）由于氧氣的存在對該實(shí)驗(yàn)有較大影響，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)通入還原性氣體X作為保護(hù)氣，試管中的固體藥品可選用鋅粒，是其發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生H₂，為反應(yīng)的順利進(jìn)行創(chuàng)造有利的條件。選項(xiàng)為b . （4）實(shí)驗(yàn)開始時，必須先通入X氣體，再加熱反應(yīng)物，是為了讓氫氣排盡裝置內(nèi)的空氣，避免空氣中的成分對實(shí)驗(yàn)的影響　該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，可利用自身放出的熱量維持反應(yīng)進(jìn)行。（5） 反應(yīng)結(jié)束后，待冷卻至常溫時，往反應(yīng)后的混合物中加入稀鹽酸�？捎^察到閃亮的火星，產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因是①M(fèi)g₂Si＋4HCl=2MgCl₂＋SiH₄↑　②SiH₄＋2O₂=SiO₂↓＋2H₂O

考點(diǎn)：考查硅晶片制作過程的清洗、制絨等的化學(xué)反應(yīng)原理的知識。