Question

(19分)晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料，可用于制芯片和太阳能电池等，.以下是工业上制取纯硅的一种方法.

已知：在一定条件下可发生反应：Si(s)＋3HCl(g) SiHCl₃(g)＋H₂(g) ΔH<0

I.反应②、③均需要加热，有如下两个温度区间分别供两反应选择，你认为反应②应选择_______（填序号字母），原因是_______________；

a .520~530K           B．1350~1360K

II.现在实验室模拟工业上粗硅提纯的过程，已知SiHCl₃遇水强烈水解，其他相关数据如下表所示：

物质	SiCl4	SiHCl3	AlCl3	FeCl3
沸点/℃	57.7	33.0	－	315
升华温度/℃	－	－	180	300

（1）现用如下装置进行模拟反应②的过程。实验室制HCl的反应原理为：

2NaCl(s) + H₂SO₄(浓) 2HCl↑ + Na₂SO₄

A中是HCl的发生装置，你认为应选择下列哪套装置？____________（填装置的序号字母），装置D中碱石灰的作用为__________________、___________________；

（2）已知液态粗品SiHCl₃中含有杂质SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃等，则流程中操作①为_____________(填操作名称)，下列不是该操作所需的仪器是____________________（填装置序号字母）；

a．冷凝管 b． 圆底烧瓶 c． 蒸馏烧瓶 d． 分液漏斗 e.温度计 f. 接受器

（3）用SiHCl₃与H₂反应制备纯硅的装置如下：

①按图示组装好仪器后，下列实验步骤的正确顺序为____________（填步骤的序号字母），

A．打开甲装置分液漏斗旋塞，滴加稀硫酸，反应生成H₂；

B．向装置中添加药品；

C．打开丙装置分液漏斗的旋塞，滴加SiHCl₃，并加热相应装置；

D．检查装置气密性；

e．停止向丙装置滴加SiHCl₃，并停止加热相应装置；

f．停止通H₂；

步骤c中需要加热的装置为____________（填装置序号“甲”、“乙”、“丙”、“丁”）

②该套装置的设计缺陷是________________________。

Answer

I. a；因反应 Si(s)＋3HCl(g) SiHCl3(g)＋H2(g) ΔH<0，温度较低时反应向正向进行程度较大，有利于SiHCl3的生成

II.（1）D（2分）；吸收剩余HCl、防止空气中的水蒸气进入C装置造成SiHCl3的水解

（2）分馏；b d （3）①dbacef（2分） ； 丙、丁；② 无尾气处理装置

【解析】

试题分析：I. Si(s)＋3HCl(g) SiHCl3(g)＋H2(g) ΔH<0，温度较低时反应向正向进行程度较大，有利于SiHCl3的生成，所以应选择较低的温度520~530K；II.（1）该反应为固体、液体加热制取气体，所以选择D装置；碱石灰的作用是①吸收剩余HCl、②防止空气中的水蒸气进入C装置造成SiHCl3的水解；（2）液态粗品SiHCl3中含有杂质SiCl4、AlCl3、FeCl3的沸点不同，可用分馏的方法提纯，分馏需要的仪器冷凝管、 蒸馏烧瓶 、.温度计、接受器；（3）制备纯硅先用氢气排除体系中的空气，操作顺序为①dbacef；需要加热丙，使SiHCl3挥发；SiHCl3(g)＋H2(g)反应需要加入，故加热丁装置；反应后有氯化氢生成，所以缺少尾气处理装置。

考点：本题考查单质硅的制备。