Question

晶体硅是一种重要的非金属材料。制备纯硅的主要步骤如下：

①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；

②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl₃：Si＋3HClSiHCl₃＋H₂；

③SiHCl₃与过量H₂在1000～1100°C反应制得纯硅。

已知SiHCl₃能与H₂O剧烈反应，在空气中易自燃。

请回答下列问题：

(1)第①制备粗硅的化学方程式为__________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________。

(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl₃(沸点33.0°C)中含有少量SiCl₄(沸点57.6°C)和HCl(沸点84.7°C)，提纯SiHCl₃的方法为__________________________________。

(3)用SiHCl₃与过量H₂反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置均已略去)：

①装置B中的试剂是________，装置C中的烧瓶需要加热，其目的是__________________。

②装置D中发生反应的化学方程式为__________________________________________________________________________________________________________________________。

③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及______________________________。

Answer

 (1)SiO2＋2CSi＋2CO↑

(2)分馏(或蒸馏)

(3)①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化

②SiHCl3＋H2Si＋3HCl ③排尽装置中的空气

【解析】(1)由所给信息高温下用炭还原二氧化硅制得粗硅，可写出反应方程式SiO2＋2CSi＋2CO↑。

(2)根据题中所给混合物中各沸点，SiHCl3沸点最低，可采用分馏(或蒸馏)的方法，将SiHCl3分离出来。

(3)SiHCl3能与水剧烈反应，应将制得的H2中的水蒸气除去，故装置B中的试剂是浓硫酸。常温下SiHCl3为液体，反应时应使其汽化后再在D处与H2反应，故装置C的烧瓶需加热。制备纯硅的实验成功除所给控制条件外还应排尽体系中的空气，因为SiHCl3在空气中易自燃，H2在加热时与空气反应可能引起爆炸。