Question

9．晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料，可用于制芯片和太阳能电池等，．以下是工业上制取纯硅的一种方法．

已知：在一定条件下可发生反应：Si（s）+3HCl（g）?SiHCl₃（g）+H₂（g）△H＜0
I．反应②、③均需要加热，有如下两个温度区间分别供两反应选择，你认为反应②应选择a（填序号字母），原因是因反应Si（s）+3HCl（g）?SiHCl₃（g）+H₂（g）△H＜0，温度较低时反应向正向进行程度较大，有利于SiHCl₃的生成；
a.520～530K           B．1350～1360K
II．现在实验室模拟工业上粗硅提纯的过程，已知SiHCl₃遇水强烈水解，其他相关数据如下表所示：

物质	SiCl4	SiHCl3	AlCl3	FeCl3
沸点/℃	57.7	33.0	-	315
升华温度/℃	-	-	180	300

（1）现用如下装置进行模拟反应②的过程．实验室制HCl的反应原理为：2NaCl（s）+H₂SO₄（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2HCl↑+Na₂SO₄

A中是HCl的发生装置，你认为应选择下列哪套装置？d（填装置的序号字母），装置D中碱石灰的作用为吸收剩余HCl、防止空气中的水蒸气进入C装置造成SiHCl₃的水解；

（2）已知液态粗品SiHCl₃中含有杂质SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃等，则流程中操作①为分馏（填操作名称），下列不是该操作所需的仪器是bd（填装置序号字母）；
a．冷凝管 b． 圆底烧瓶 c． 蒸馏烧瓶 d． 分液漏斗 e．温度计 f．接受器
（3）用SiHCl₃与H₂反应制备纯硅的装置如下：

①按图示组装好仪器后，下列实验步骤的正确顺序为dbacef（填步骤的序号字母），
A．打开甲装置分液漏斗旋塞，滴加稀硫酸，反应生成H₂；
B．向装置中添加药品；
C．打开丙装置分液漏斗的旋塞，滴加SiHCl₃，并加热相应装置；
D．检查装置气密性；
e．停止向丙装置滴加SiHCl₃，并停止加热相应装置；
f．停止通H₂；
步骤c中需要加热的装置为丙、丁（填装置序号“甲”、“乙”、“丙”、“丁”）
②该套装置的设计缺陷是无尾气处理装置．

Answer 1

分析 Ⅰ．根据反应Si（s）+3HCl（g）?SiHCl₃（g）+H₂（g）△H＜0可知，该反应为放热反应，根据温度对平衡移动的影响答题；
II．（1）根据题中制HCl的实验原理，为固体和液体加热，据此选择装置，反应中有剩余的氯化氢气体未反应，要吸收，同时SiHCl₃易水解，要防止空气中的水分进入装置；
（2）液态粗品SiHCl₃中含有杂质SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃等，根据这些物质的沸点不同，可选择分馏的方法进行除杂，根据分馏操作的装置可选择仪器；
（3）用SiHCl₃与H₂反应制备纯硅，组装好仪器后，要先进行气密性检验，再在装置中通氢气，排尽空气后再进行SiHCl₃与H₂的反应，实验结束时还要继续通氢气，直到装置冷却，防止空气中的成分对反应干扰，根据装置可知，丙处是水浴，丁处进行SiHCl₃与H₂的反应，都要进行加热，实验尾气中有氯化氢等气体不能直接排到空气中，据此答题．

解答 解：Ⅰ．根据反应Si（s）+3HCl（g）?SiHCl₃（g）+H₂（g）△H＜0可知，该反应为放热反应，升高温度，平衡移动会逆向移动，不利于SiHCl₃的生成，所以选择温度较低的条件，即选a，
故答案为：a；因反应 Si（s）+3HCl（g）?SiHCl₃（g）+H₂（g）△H＜0，温度较低时反应向正向进行程度较大，有利于SiHCl₃的生成；
II．（1）根据题中制HCl的实验原理，为固体和液体加热，所以选择d装置，反应中有剩余的氯化氢气体未反应，要吸收，同时SiHCl₃易水解，要防止空气中的水分进入装置，所以D中装碱石灰用来吸收剩余HCl、防止空气中的水蒸气进入C装置造成SiHCl₃的水解，
故答案为：d；吸收剩余HCl；防止空气中的水蒸气进入C装置造成SiHCl₃的水解；
（2）液态粗品SiHCl₃中含有杂质SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃等，根据这些物质的沸点不同，可选择分馏的方法进行除杂，所以流程中操作①为分馏，根据分馏操作的装置可知，不是分馏操作所需的仪器是b d，
故答案为：分馏；b d；
（3）①用SiHCl₃与H₂反应制备纯硅，组装好仪器后，要先进行气密性检验，再在装置中通氢气，排尽空气后再进行SiHCl₃与H₂的反应，实验结束时还要继续通氢气，直到装置冷却，防止空气中的成分对反应干扰，所以实验步骤的顺序为dbacef，根据装置可知，丙处是水浴，丁处进行SiHCl₃与H₂的反应，都要进行加热，所以步骤c中需要加热的装置为丙、丁，
故答案为：dbacef；丙、丁；
②实验尾气中有氯化氢等气体不能直接排到空气中，而根据装置可知，装置中无尾气处理装置，
故答案为：无尾气处理装置．

点评 本题考查制备实验方案的设计，题目难度中等，综合了氯气的制法、硅的提纯、物质的分离提纯、对装置与操作的分析评价等实验知识，结合物质的性质明确原理为解答的关键，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析、理解能力及化学实验能力．