Question

2．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高溫下用過量的碳還原二氧化硅制得粗硅，同時得到一種可燃性氣體；
②粗硅與干燥的HCl氣體反應制得SiHCl₃（Si+3HCl$\frac{\underline{\;250-300℃\;}}{銅粉}$SiHCl₃+H₂）；
③SiHCl₃與過量的H₂在1 100～1 200℃的溫度下反應制得純硅，已知SiHCl₃能與水劇烈反應，在空氣中易自燃．
請回答：
（1）第一步制取粗硅的化學反應方程式為2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑．
（2）粗硅與HCl氣體反應完全后，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采用的方法為蒸餾（或分餾）．
（3）實驗室用SiHCl₃與過量的H₂反應制取純硅裝置如圖所示（加熱和夾持裝置略去）：

①裝置B中的試劑是濃硫酸，裝置C中的燒杯需要加熱，目的是使SiHCl₃氣化，與氫氣反應．
②反應一段時間后，裝置D中觀察到的現象是有固體物質生成，裝置D不能采用普通玻璃管的原因是溫度太高，普通玻璃管易熔化，裝置D中發(fā)生反應的化學方程式是SiHCl₃+H₂=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排盡裝置中的空氣．

Answer 1

分析 根據題目給出的信息，高溫下，碳做還原劑時，碳和二氧化硅生成CO和硅；利用沸點的不同提純SiHCl₃屬于蒸餾；濃硫酸是常用的干燥劑，裝置C需水浴加熱，目的是加快反應的速率；裝置D不能采用普通玻璃管的原因是溫度太高，普通玻璃管易熔化；保證實驗成功的關鍵是：裝置要嚴密；控制好溫度等．
（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）濃硫酸是常用的干燥劑，裝置C需水浴加熱，目的是使SiHCl₃氣化，與氫氣反應；SiHCl₃與過量的H₂在1000℃～1100℃反應制得純硅，溫度太高，普通玻璃管易熔化；保證實驗成功的關鍵是：裝置要嚴密；控制好溫度等；書寫化學方程式時，要注意配平．

解答 解：（1）高溫下，碳做還原劑時，生成CO，即2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑．
故答案為：2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑
（2）利用沸點的不同提純SiHCl₃屬于蒸餾，
故答案為：蒸餾（或分餾）
（3）①生成的氫氣含有水蒸氣，用濃H₂SO₄干燥；加熱促使SiHCl₃氣化，
故答案為：濃硫酸；使SiHCl₃氣化，與氫氣反應；
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，
故答案為：有固體物質生成，溫度太高，普通玻璃管易熔化；SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1100℃-1200℃\;}}{\;}$Si+3HCl；
③氫氣是可燃性氣體，易產生爆炸，為防止安全事故的發(fā)生，所以先通一段時間H₂，將裝置中的空氣排盡．
故答案為：排盡裝置中的空氣．

點評 本考點屬于物質的轉化和制備題，還考查了化學方程式的書寫．本題利用文字描述設計出相應的實驗步驟，分步驟進行鑒別，解決本考點需要根據實驗現象，綜合分析，從而得出正確的結論，要注意知識的整體性．此考點主要出現在實驗題中．