Question

(10分)晶體硅是一種重要的非金屬材料。請寫出晶體硅的二種用途：______、______

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(常溫下為液態，易揮發)

③SiHCl₃與過量Ｈ₂在1000～1100℃反應制得純硅。

已知:Ⅰ.SiHCl₃水解會生成兩種氣態產物，請寫出其水解的化學方程式：___________。

Ⅱ.SiHCl₃ 在空氣中自燃。請回答下列問題：

（1）第①步制備粗硅的化學反應方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（2）用SiHCl₃與過量Ｈ₂反應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反應一段時間后，裝置Ｄ中觀察到的現象是　　　　　　　　　　　　　　　_　　，

裝置Ｄ中發生反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　___　　，

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　_____________　，

④設計鑒定產品硅中是否含少量Fe單質的方法:_________________________________。

 

Answer 1

【答案】

計算機芯片、太陽能電池。(2分)  SiHCl₃＋3H₂O===H₂SiO₃＋H₂↑＋3HCl↑(2分)

(1)①SiO₂＋2CSi＋2CO↑(1分)

(2)①濃H₂SO₄，(1分)                       使SiHCl₃氣化，(1分)

②D石英管的內壁附有灰黑色晶體，(1分)     SiHCl₃＋H₂Si+3HCl，(1分)

③先通一段時間H₂,將裝置中的空氣排盡，(1分)

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。(2分)

【解析】晶體硅的二種只要用途是計算機芯片、太陽能電池；SiHCl₃水解會生成兩種氣態產物，則根據原子守恒可知，氣體是氯化氫和氫氣，所以方程式為SiHCl₃＋3H₂O===H₂SiO₃＋H₂↑＋3HCl↑。

（1）焦炭在高溫下還原二氧化硅制取粗硅，方程式為SiO₂＋2CSi＋2CO↑。

（2）①由于SiHCl₃易水解，所以必須干燥氫氣，即B中試劑是濃硫酸；由于SiHCl₃是液態，因此加熱的目的是使SiHCl₃氣化。

②在D中氫氣還原SiHCl₃生成單質硅，所以D中現象是石英管的內壁附有灰黑色晶體，方程式為SiHCl₃＋H₂Si+3HCl。

③由于高溫下氫氣及硅都能和空氣中的氧氣反應，而裝置中含有空氣，所以應先通一段時間H₂,將裝置中的空氣排盡。

④鐵是活潑的金屬，能和酸反應，而硅和一般的酸是不反應的，所以正確的方法是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。