Question

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：

計算機芯片

、

太陽能電池

．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：

SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl↑

．
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

SiO₂+2C

高溫  .

Si+2CO↑

．
（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

濃H₂SO₄

，裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是

使SiHCl₃氣化

；
②反應一段時間后，裝置D中觀察到的現象是

D石英管的內壁附有灰黑色晶體

，裝置D中發生反應的化學方程式為

SiHCl₃+H₂

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設計鑒定產品硅中是否含少量Fe單質的方法：

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．

．

Answer 1

分析：硅單質的用途為：制造計算機芯片、太陽能電池；
Ⅰ．SiHCl₃水解生成硅酸、氫氣和氯化氫；
Ⅱ．（1）高溫下，碳和二氧化硅反應生成硅和一氧化碳；
（2）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；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根據二價鐵離子的性質選取相應的試劑，根據實驗現象判斷是否含有鐵，亞鐵離子能使酸性高錳酸鉀褪色，硫氰化鉀能使鐵離子變紅色．

解答：解：硅單質是良好的半導體材料，計算機芯片、太陽能電池；故答案為：計算機芯片、太陽能電池；
Ⅰ．SiHCl₃水解生成硅酸、氫氣和氯化氫，反應方程式為：SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl↑，
故答案為：SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl↑；
Ⅱ．（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

高溫  .

Si+2CO↑，
故答案為：SiO₂+2C

高溫  .

Si+2CO↑；
（2）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，反應方程式為：SiHCl₃+H₂

高溫  .

Si+3HCl，
故答案為：石英管的內壁附有灰黑色晶體；SiHCl₃+H₂

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，能使酸性高錳酸鉀溶液褪色；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，所以可以用酸性高錳酸鉀或氯水和硫氰化鉀溶液檢驗鐵的存在，
故答案為：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．

點評：本題考查了實驗方案設計的有關知識，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．