Question

11．晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：
①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；
②粗硅与干燥 HCl 气体反应制得 SiHCl₃：Si+3HCl$\frac{\underline{\;300℃\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂；
③SiHCl₃与过量 H₂在1 000～1 100℃反应制得纯硅．已知 SiHCl₃能与 H₂O 强烈反应，在空气中易自燃．
请回答下列问题：
（1）第①步制备粗硅的化学方程式为SiO₂+2C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑．
（2）粗硅与 HCl 反应完全后，经冷凝得到的 SiHCl₃（沸点33.0℃）中含有少量 SiCl₄（沸点 57.6℃）和 HCl（沸点-84.7℃），提纯 SiHCl₃采用的方法为分馏．
（3）用 SiHCl₃与过量 H₂反应制备纯硅的装置如图（热源及夹持装置略去）：

①装置B中的试剂是浓硫酸．装置C中的烧瓶需要加热，其目的是使滴入烧瓶中的SiHCl₃气化．
②装置D中发生反应的化学方程式为SiHCl₃+H₂ $\frac{\underline{\;1000-1100℃\;}}{\;}$Si+3HCl．
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及通一段时间H₂，将装置中的空气排尽；． ④SiHCl₃遇水剧烈反应生成 H₂SiO₃、HCl 和另一种物质，写出配平的化学方程式SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl．

Answer 1

分析 （1）高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅和一氧化碳；
（2）粗硅与干燥 HCl 气体反应制得 SiHCl₃：Si+3HCl$\frac{\underline{\;300℃\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂；SiHCl₃与过量 H₂在1 000～1 100℃反应制得纯硅．已知 SiHCl₃能与 H₂O 强烈反应，在空气中易自燃，高温下，碳和二氧化硅反应生成硅和一氧化碳；根据题中数据，采用分馏方法提纯SiHCl₃；
（3）①生成的氢气含有水蒸气，用浓H₂SO₄干燥；加热促使SiHCl₃气化；
②SiHCl₃和氢气反应有硅单质生成，根据硅的颜色判断D装置中的颜色变化；反应温度较高，普通玻璃会软化；SiHCl₃和H₂反应生成硅和氯化氢；
③氢气属于易燃气体，和氧气混合在加热条件下易产生爆炸；
④SiHCl₃易和水发生水解反应．

解答 解：（1）高温下，碳和二氧化硅反应生成硅和一氧化碳，反应方程式为：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑，
故答案为：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑； 
（2）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，可以通过分馏除去杂质，
故答案为：分馏；
（3）①锌和稀硫酸的反应是放热反应，所以生成的氢气含有水蒸气，为干燥氢气，一般选用浓H₂SO₄干燥；气体的反应速率较大，所以加热的目的是使SiHCl₃气化，
故答案为：浓硫酸；使滴入烧瓶中的SiHCl₃气化；
②高温下，SiHCl₃和氢气反应生成硅单质，硅单质是灰黑色固体，所以D装置中的现象是：石英管的内壁附有灰黑色晶体；反应方程式为：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+3HCl，
故答案为：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1000-1100℃\;}}{\;}$Si+3HCl；
③氢气属于易燃气体，和氧气混合在加热条件下易产生爆炸，所以实验开始前应该通一段时间H₂，为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及排尽装置中的空气．故答案为：通一段时间H₂，将装置中的空气排尽；
④SiHCl₃易和水发生水解反应，SiHCl₃遇水剧烈反应生成 H₂SiO₃、HCl 和另一种物质，依据电子守恒和原子守恒得到发生反应的化学方程式为：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，铁离子和亚铁离子的检验在高考题中出现，这种类型的题是高考的热点，是学习的重点，会根据实验目的和物质的性质选取实验装置和实验药品，然后进行相应的实验，题目难度中等．