Question

17．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氣體反應制得SiHCl₃：Si+3HCl$\frac{\underline{\;300℃\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂
③SiHCl₃與過量H₂在1000～1100℃反應制得純硅已知SiHCl₃能與H₂O劇烈反應，在空氣中易自燃．
請回答下列問題：
（1）第①步制備粗硅的化學反應方程式為SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑．
（2）粗硅與HCl反應完全后，經冷凝得到的SiHCl₃（沸點33.0℃）中含有少量SiCl₄（沸點57.6℃）和HCl（沸點-84.7℃），提純SiHCl₃采用的方法為分餾．
（3）用SiHCl₃與過量H₂反應制備純硅的裝置如圖所示（熱源及夾持裝置略去）：
①裝置B中的試劑是濃硫酸．裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是使滴入燒瓶中的SiHCl₃氣化．
②反應一段時間后，裝置D中觀察到的現象是石英管的內壁附有灰黑色晶體；裝置D 不能采用普通玻璃管的原因是高溫下，普通玻璃會軟化，裝置D中發生反應的化學反應方程式為SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+3HCl．
③為保證制備純硅實驗的成功，操作的關鍵是檢查實驗裝置的氣密性，控制好反應溫度以及先通一段時間H₂，將裝置中的空氣排盡．
④為鑒定產品硅中是否含微量鐵單質，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后需再加入的試劑是bd．（填寫字母代號）
a．碘水 b．氯水 c．NaOH溶液 d．KSCN溶液 e．Na₂SO₃溶液．

Answer 1

分析 （1）高溫下，碳和二氧化硅反應生成硅和一氧化碳；
（2）根據題中數據，采用分餾方法提純SiHCl₃；
（3）稀硫酸與鋅反應生成氫氣，在B中用濃硫酸干燥，C中加入條件下SiHCl₃與過量H₂反應制備純硅，
①生成的氫氣含有水蒸氣，用濃H₂SO₄干燥；加熱促使SiHCl₃氣化；
②SiHCl₃和氫氣反應有硅單質生成，根據硅的顏色判斷D裝置中的顏色變化；反應溫度較高，普通玻璃會軟化；SiHCl₃和H₂反應生成硅和氯化氫；
③氫氣是可燃性氣體，易產生爆炸，為防止安全事故的發生，所以先通一段時間H₂，將裝置中的空氣排盡；
④取少量產品于試管中加鹽酸溶解，再滴加氯水和KSCN（aq），若出現紅色說明含Fe，若不出現紅色說明不含Fe．

解答 解：（1）高溫下，碳和二氧化硅反應生成硅和一氧化碳，反應方程式為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，
故答案為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑； 
（2）SiHCl₃（沸點33.0℃）中含有少量SiCl₄（沸點57.6℃）和HCl（沸點-84.7℃），由于沸點差別較大，可以通過分餾除去雜質，
故答案為：分餾；
（3）①鋅和稀硫酸的反應是放熱反應，所以生成的氫氣含有水蒸氣，為干燥氫氣，一般選用濃H₂SO₄干燥；氣體的反應速率較大，所以加熱的目的是使SiHCl₃氣化，
故答案為：濃硫酸；使滴入燒瓶中的SiHCl₃氣化；
②高溫下，SiHCl₃和氫氣反應生成硅單質，硅單質是灰黑色固體，所以D裝置中的現象是：石英管的內壁附有灰黑色晶體；由于高溫下，普通玻璃會軟化，所以使用石英玻璃；反應方程式為：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+3HCl，
故答案為：石英管的內壁附有灰黑色晶體；高溫下，普通玻璃會軟化；SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+3HCl；
③氫氣是可燃性氣體，當氫氣的量達到一定時易產生爆炸，為防止安全事故的發生，所以先通一段時間H₂，將裝置中的空氣排盡，
故答案為：先通一段時間H₂，將裝置中的空氣排盡；
④鐵能和酸反應生成亞鐵離子，亞鐵離子有還原性，亞鐵離子能被氯水氧化生成鐵離子，鐵離子遇硫氰化鉀溶液變紅色，所以可以用氯水和硫氰化鉀溶液檢驗鐵的存在，
故選bd．

點評 本題考查了實驗方案設計的有關知識，為高考常見題型，鐵離子和亞鐵離子的檢驗在高考題中出現，這種類型的題是高考的熱點，是學習的重點，會根據實驗目的和物質的性質選取實驗裝置和實驗藥品，然后進行相應的實驗．