Question

19．碳、硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用．
（1）SiO₂是玻璃的主要成分之一，保存氢氧化钠溶液的玻璃瓶应用橡胶塞的原因是SiO₂+2NaOH═Na₂SiO₃+H₂O（用化学方程式表示）；Na₂SiO₃可通过SiO₂与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是D．
A．普通玻璃坩埚    　B．石英玻璃坩埚      C．氧化铝坩埚    　D．铁坩埚
（2）高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料．工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：

①用石英砂和焦炭在电弧炉中制粗硅，该反应的化学方程式为SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiC+2CO↑．
②在流化床反应的产物中，SiHCl₃大约占85%，还有SiCl₄、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl₃的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和精馏（或蒸馏）．

物质	Si	SiCl4	SiHCl3	SiH2Cl2	SiH3Cl	HCl	SiH4
沸点/℃	2 355	57.6	31.8	8.2	-30.4	-84.9	-111.9

③SiHCl₃极易水解，其完全水解的化学方程式为SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl↑．

Answer 1

分析 （1）玻璃中的二氧化硅和氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠是矿物胶能把瓶口和瓶塞粘结在一起，纯碱为碳酸钠熔融时不能创造和碳酸钠反应的物质，如玻璃、石英玻璃中的二氧化硅，氧化铝是两性氧化物和碱发生反应；
（2）①石英砂主要成分为二氧化硅，二氧化硅和碳在高温的条件下反应生成碳化硅和一氧化碳；
②根据题中数据，采用精馏（或蒸馏）方法提纯SiHCl₃；
③SiHCl₃水解生成硅酸、氢气和氯化氢．

解答 解：（1）SiO₂是玻璃的主要成分之一，保存氢氧化钠溶液的玻璃瓶应用橡胶塞的原因是玻璃中的二氧化硅和氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠是矿物胶能把瓶口和瓶塞粘结在一起，发生反应的化学方程式为：SiO₂+2NaOH═Na₂SiO₃+H₂O，需要用橡胶塞，Na₂SiO₃可通过SiO₂与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是铁坩埚，玻璃、石英玻璃中的二氧化硅，氧化铝是两性氧化物，都和碱发生反应，不能选择ABC，
故答案为：SiO₂+2NaOH═Na₂SiO₃+H₂O；D；
（2）①石英砂的主要成分是二氧化硅，在反应中生成碳化硅，反应为：SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiC+2CO↑，
故答案为：SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiC+2CO↑；
②利用沸点的不同提纯SiHCl₃属于蒸馏，SiHCl₃（沸点33.0℃）中含有少量SiCl₄（沸点57.6℃）和HCl（沸点-84.7℃），由于沸点差别较大，可以通过精馏（或蒸馏）除去杂质，
故答案为：精馏（或蒸馏）；
③SiHCl₃水解反应方程式为：SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl↑，故答案为：SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl↑．

点评 本题考查了实验方案设计的有关知识，侧重考查了硅及其化合物的有关知识，注意粗硅的提纯反应原理，对知识进行迁移解决情形相似的新问题体现出知识运用与问题分析的能力是本题的特点，题目难度中等．