Question

8．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精硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl₃：Si+3HCl $\frac{\underline{\;200℃\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂
③SiHCl₃与过量H₂在1000～1100℃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步制备粗硅的化学反应方程式为2C+SiO₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；
（2）粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl₃（沸点33.0℃）．
（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SiHCl₃气化，与氢气反应；
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是有固体物质生成，装置D中发生反应的化学方程式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排尽装置中的空气．

Answer 1

分析 根据题目给出的信息，高温下，碳做还原剂时，碳和二氧化硅生成CO和硅；利用沸点的不同提纯SiHCl₃属于蒸馏；浓硫酸是常用的干燥剂，装置C需水浴加热，目的是加快反应的速率；装置D不能采用普通玻璃管的原因是温度太高，普通玻璃管易熔化；保证实验成功的关键是：装置要严密；控制好温度等．

解答 解：（1）高温下，碳做还原剂时，生成CO，即2C+SiO₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；故答案为：2C+SiO₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；
（3）①浓硫酸是常用的干燥剂，装置C需水浴加热，目的是使SiHCl₃气化，与氢气反应；SiHCl₃与过量的H₂在1000℃～1100℃反应制得纯硅，温度太高，普通玻璃管易熔化；保证实验成功的关键是：装置要严密；控制好温度等，
故答案为：浓硫酸；使SiHCl₃气化，与氢气反应；
②浓硫酸是常用的干燥剂，装置B中的试剂是浓硫酸，装置C需水浴加热，目的是使SiHCl₃气化；装置D中发生反应的化学方程式为：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+3HCl，
故答案为：有固体物质生成；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排尽装置中的空气，故答案为：排尽装置中的空气．

点评 本考点属于物质的转化和制备题，还考查了化学方程式的书写．本题利用文字描述设计出相应的实验步骤，分步骤进行鉴别，解决本考点需要根据实验现象，综合分析，从而得出正确的结论，要注意知识的整体性．此考点主要出现在实验题中．