Question

【題目】晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步驟如下：

①高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅；

②粗硅與干燥HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si＋3HClSiHCl3＋H2；

③SiHCl3與過量H2在1 000～1 100 ℃反應(yīng)制得純硅已知SiHCl3能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。

請(qǐng)回答下列問題：

(1)第①步制備粗硅的化學(xué)方程式為_____________________________________________。

(2)粗硅與HCl反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3(沸點(diǎn)33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸點(diǎn)57.6 ℃)和HCl(沸點(diǎn)－84.7 ℃)，提純SiHCl3采用的方法為___________________________。

(3)用SiHCl3與過量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如下(熱源及夾持裝置略去)：

①裝置B中的試劑是________。裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是________________________________________________________________。

②反應(yīng)一段時(shí)間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是________，裝置D不能采用普通玻璃管的原因是____________，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________________________________________________。

③為保證制備純硅實(shí)驗(yàn)的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及___________________________________________________________。

Answer 1

【答案】SiO2＋2CSi＋2CO↑ 分餾(或蒸餾) 濃硫酸 使滴入燒瓶中的SiHCl3汽化 有固體生成 在該反應(yīng)溫度下，普通玻璃會(huì)軟化 SiHCl3＋H2Si＋3HCl 排盡裝置內(nèi)的空氣

【解析】

（1）第①步制備粗硅是碳和二氧化硅發(fā)生置換反應(yīng)，生成硅和一氧化碳。

（2）根據(jù)沸點(diǎn)SiHCl3(沸點(diǎn)33.0 ℃)、 SiCl4(沸點(diǎn)57.6 ℃)、HCl(沸點(diǎn)－84.7 ℃)，提純SiHCl3。

（3）用鋅和稀硫酸制取氫氣，用濃硫酸干燥后通入C中，C中燒瓶中的SiHCl3用熱水加熱后蒸發(fā)，和氫氣一起進(jìn)入D中發(fā)生反應(yīng)Si＋3HClSiHCl3＋H2，多余的氫氣需要尾氣處理。

分離沸點(diǎn)不同的液體的方法是分餾，根據(jù)題干“SiHCl3能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中易自燃”可知道H2的作用之一就是排盡裝置內(nèi)空氣，防止SiHCl3自燃，而此處的H2必須是干燥的，可知B的作用就是干燥H2，所以選用濃硫酸。由于通入D中應(yīng)是穩(wěn)定的SiHCl3與過量H2的氣流，所以C裝置需要加熱，并且是水浴加熱，由D裝置應(yīng)加熱到1 000～1 100 ℃，所以必須用石英管。