Question

18．单晶硅是信息产业中重要的基础材料．通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅（含铁、铝、硫、磷等杂质）．粗硅与氯气反应生成四氯化硅（反应温度450：500℃）四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅．以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图．

相关信息如下：
a．四氯化硅遇水极易反应；
b．硝、铝、铁、磷在高温下均能与氧气直接反应生成相应的氯化物；
c．有关物质的物理常数见表：

物质	SiCl4	BCl3	AlCl3	FeCl3	PCl3
沸点/℃	57.7	12.8	-	315	-
熔点/℃	-70.0	-17.2	-	-	-
升华温度/℃	-	-	180	300	163

请回答下列问题：
（1）写出装置A中反应的离子方程式MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；制备粗硅的化学反应方程式2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑．
（2）装置B中的试剂是饱和食盐水；装置C中的试剂是浓硫酸；装置E中的h瓶需要冷却理由是产物SiCl₄沸点低，需要冷凝收集；干燥管F中碱石灰的作用是吸收空气中的水蒸气．
（3）装置E中h瓶收集到的粗产物含有多种杂质：BCl₃、AlCl₃、FeCl₃、PCl₃，根据题给信息，可通过蒸馏（填操作名称），得到高纯度四氯化硅．
（4）从二氧化硅到高纯硅的生产流程中，经历了一系列氧化还原反．涉及多种含硅物质，这些含硅的物质中，作为氧化剂的有SiO₂、SiCl₄；作为还原剂的有Si．

Answer 1

分析 由制备四氯化硅的实验流程可知，A中发生二氧化锰与浓盐酸的反应生成氯气，B中饱和实验水除去HCl，C装置中浓硫酸干燥氯气，D中发生Si与氯气的反应生成四氯化硅，由信息可知，E装置制取氢气，F可防止倒吸，最后氢气还原SiCl₄；
（1）装置A是氯气发生装置，A中的离子方程式为MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；制备粗硅的化学方程式为2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；
（2）据制得的氯气中含有氯化氢和水，装置B用饱和食盐水除去氯化氢，装置C用浓硫酸吸水；根据产物SiCl₄沸点低；为防止SiCl₄与空气中的水反应，碱石灰吸收空气中的水；
（3）利用混合物的沸点不同，可用蒸馏的方法分离；
（4）二氧化硅到高纯硅的生产流程中，主要的反应有：2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑，Si+2Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiCl₄，2H₂+SiCl₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+4HCl，据此分析．

解答 解：（1）装置A是氯气发生装置，A中的离子方程式为MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；制备粗硅的化学方程式为2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；
故答案为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；
（2）制得的氯气中含有氯化氢和水，装置B用饱和食盐水除去氯化氢，装置C用浓硫酸吸水；产物SiCl₄沸点低，需要冷凝收集；为防止SiCl₄与空气中的水反应，碱石灰吸收空气中的水；
故答案为：饱和食盐水；浓硫酸；产物SiCl₄沸点低，需要冷凝收集；吸收空气中的水蒸气；
（3）根据图，杂质与四氯化碳的沸点相差较大，利用混合物的沸点不同，可用分馏的方法分离；
故答案为：蒸馏；
（4）二氧化硅到高纯硅的生产流程中，主要的反应有：2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑，Si+2Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiCl₄，2H₂+SiCl₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+4HCl，含硅的物质中，作为氧化剂的有SiO₂、SiCl₄，作为还原剂的有Si；
故答案为：SiO₂、SiCl₄；Si．

点评 本题考查制备实验方案的设计，综合了氯气的制法、硅的提纯等实验知识，为高频考点，把握制备原理及实验流程中的反应、物质的性质等为解答的关键，题目难度中等．