Question

17．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1000～1100℃反应制得纯硅已知SiHCl₃能与H₂O剧烈反应，在空气中易自燃．
请回答下列问题：
（1）第①步制备粗硅的化学反应方程式为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所示（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反应一段时间后，装置D中观察到的现象是石英管的内壁附有灰黑色晶体；装置D 不能采用普通玻璃管的原因是高温下，普通玻璃会软化，装置D中发生反应的化学反应方程式为SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$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先通一段时间H₂，将装置中的空气排尽．
④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是bd．（填写字母代号）
a．碘水 b．氯水 c．NaOH溶液 d．KSCN溶液 e．Na₂SO₃溶液．

Answer 1

分析 （1）高温下，碳和二氧化硅反应生成硅和一氧化碳；
（2）根据题中数据，采用分馏方法提纯SiHCl₃；
（3）稀硫酸与锌反应生成氢气，在B中用浓硫酸干燥，C中加入条件下SiHCl₃与过量H₂反应制备纯硅，
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氢气是可燃性气体，易产生爆炸，为防止安全事故的发生，所以先通一段时间H₂，将装置中的空气排尽；
④取少量产品于试管中加盐酸溶解，再滴加氯水和KSCN（aq），若出现红色说明含Fe，若不出现红色说明不含Fe．

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；由于高温下，普通玻璃会软化，所以使用石英玻璃；反应方程式为：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+3HCl，
故答案为：石英管的内壁附有灰黑色晶体；高温下，普通玻璃会软化；SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+3HCl；
③氢气是可燃性气体，当氢气的量达到一定时易产生爆炸，为防止安全事故的发生，所以先通一段时间H₂，将装置中的空气排尽，
故答案为：先通一段时间H₂，将装置中的空气排尽；
④铁能和酸反应生成亚铁离子，亚铁离子有还原性，亚铁离子能被氯水氧化生成铁离子，铁离子遇硫氰化钾溶液变红色，所以可以用氯水和硫氰化钾溶液检验铁的存在，
故选bd．

点评 本题考查了实验方案设计的有关知识，为高考常见题型，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．