Question

20．晶體硅是信息科學和能源科學中的一種重要材料，可用于制芯片和太陽能電池等，．以下是工業上制取純硅的一種方法．

已知：在一定條件下可發生反應：Si（s）+3HCl（g）?SiHCl₃（g）+H₂（g）△H＜0
Ⅰ．反應②、③均需要加熱，有如下兩個溫度區間分別供兩反應選擇，你認為反應②應選擇a
（填序號字母），原因是因反應Si（s）+3HCl（g）?SiHCl₃（g）+H₂（g）△H＜0，溫度較低時反應向正向進行程度較大，有利于SiHCl₃的生成；
a.520～530K           b.1350～1360K
Ⅱ．現在實驗室模擬工業上粗硅提純的過程，已知SiHCl₃遇水強烈水解，其他相關數據如下表所示：

物質	SiCl4	SiHCl3	AlCl3	FeCl3
沸點/℃	57.7	33.0	-	315
升華溫度/℃	-	-	180	300

（1）現用如下裝置（如圖1）進行模擬反應②的過程．實驗室制HCl的反應原理為：
2NaCl（s）+H₂SO₄（濃） QUOTE 2HCl↑+Na₂SO₄

A中是HCl的發生裝置，你認為應選擇下列哪套裝置？d（填裝置的序號字母），裝置D中堿石灰的作用為吸收剩余HCl、防止空氣中的水蒸氣進入C裝置造成SiHCl₃的水解；
（2）已知液態粗品SiHCl₃中含有雜質SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃等，則流程中操作①為分餾（填操作名稱），下列不是該操作所需的儀器是（如圖2）bd（填裝置序號字母）；
a．冷凝管    b．圓底燒瓶  c．蒸餾燒瓶  d．分液漏斗   e．溫度計  f．接受器
（3）用SiHCl₃與H₂反應制備純硅的裝置如圖3：
①按圖示組裝好儀器后，下列實驗步驟的正確順序為dbacef（填步驟的序號字母），
a．打開甲裝置分液漏斗旋塞，滴加稀硫酸，反應生成H₂；
b．向裝置中添加藥品；
c．打開丙裝置分液漏斗的旋塞，滴加SiHCl₃，并加熱相應裝置；
d．檢查裝置氣密性；
e．停止向丙裝置滴加SiHCl₃，并停止加熱相應裝置；
f．停止通H₂；
步驟c中需要加熱的裝置為丙、�。ㄌ钛b置序號“甲”、“乙”、“丙”、“丁”）
②該套裝置的設計缺陷是無尾氣處理裝置．

Answer 1

分析 Ⅰ．根據反應Si（s）+3HCl（g）?SiHCl₃（g）+H₂（g）△H＜0可知，該反應為放熱反應，根據溫度對平衡移動的影響答題；
II．（1）根據題中制HCl的實驗原理，為固體和液體加熱，據此選擇裝置，反應中有剩余的氯化氫氣體未反應，要吸收，同時SiHCl₃易水解，要防止空氣中的水分進入裝置；
（2）液態粗品SiHCl₃中含有雜質SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃等，根據這些物質的沸點不同，可選擇分餾的方法進行除雜，根據分餾操作的裝置可選擇儀器；
（3）用SiHCl₃與H₂反應制備純硅，組裝好儀器后，要先進行氣密性檢驗，再在裝置中通氫氣，排盡空氣后再進行SiHCl₃與H₂的反應，實驗結束時還要繼續通氫氣，直到裝置冷卻，防止空氣中的成分對反應干擾，根據裝置可知，丙處是水浴，丁處進行SiHCl₃與H₂的反應，都要進行加熱，實驗尾氣中有氯化氫等氣體不能直接排到空氣中，據此答題．

解答 解：Ⅰ．根據反應Si（s）+3HCl（g）?SiHCl₃（g）+H₂（g）△H＜0可知，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡移動會逆向移動，不利于SiHCl₃的生成，所以選擇溫度較低的條件，即選a，
故答案為：a；因反應 Si（s）+3HCl（g）?SiHCl₃（g）+H₂（g）△H＜0，溫度較低時反應向正向進行程度較大，有利于SiHCl₃的生成；
II．（1）根據題中制HCl的實驗原理，為固體和液體加熱，所以選擇d裝置，反應中有剩余的氯化氫氣體未反應，要吸收，同時SiHCl₃易水解，要防止空氣中的水分進入裝置，所以D中裝堿石灰用來吸收剩余HCl、防止空氣中的水蒸氣進入C裝置造成SiHCl₃的水解，
故答案為：d；吸收剩余HCl、防止空氣中的水蒸氣進入C裝置造成SiHCl₃的水解；
（2）液態粗品SiHCl₃中含有雜質SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃等，根據這些物質的沸點不同，可選擇分餾的方法進行除雜，所以流程中操作①為分餾，根據分餾操作的裝置可知，不是分餾操作所需的儀器是b d，
故答案為：分餾；b d；
（3）①用SiHCl₃與H₂反應制備純硅，組裝好儀器后，要先進行氣密性檢驗，再在裝置中通氫氣，排盡空氣后再進行SiHCl₃與H₂的反應，實驗結束時還要繼續通氫氣，直到裝置冷卻，防止空氣中的成分對反應干擾，所以實驗步驟的順序為dbacef，根據裝置可知，丙處是水浴，丁處進行SiHCl₃與H₂的反應，都要進行加熱，所以步驟c中需要加熱的裝置為丙、丁，
故答案為：dbacef；丙、丁；
②實驗尾氣中有氯化氫等氣體不能直接排到空氣中，而根據裝置可知，裝置中無尾氣處理裝置，
故答案為：無尾氣處理裝置．

點評 本題考查制備實驗方案的設計，綜合了氯氣的制法、硅的提純、物質的分離提純、對裝置與操作的分析評價等實驗知識，結合物質的性質明確原理為解答的關鍵，題目難度中等．