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高温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅，同时得到一种可燃性气体；

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

③SiHCl₃与过量的H₂在1 100～1 200 ℃的温度下反应制得纯硅，已知SiHCl₃能与水剧烈反应，在空气中易自燃。

请回答：

(1)第一步制取粗硅的化学反应方程式为                         。

(2)粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到的SiHCl₃(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl₄(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点－84.7 ℃)，提纯SiHCl₃采用的方法为                       。

(3)实验室用SiHCl₃与过量的H₂反应制取纯硅装置如图所示(加热和夹持装置略去)：

①装置B中的试剂是       ，装置C中的烧杯需要加热，目的是                     。

②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是                                ，装置D不能采用普通玻璃管的原因是                               ，装置D中发生反应的化学方程式是                                。

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

②有固体物质生成 在题给反应温度下(1 100～1 200 ℃)，普通的玻璃会软化

SiHCl3＋H2Si＋3HCl

③排尽装置中的空气

【解析】(3)①因SiHCl3与水强烈反应，故A中产生的H2必须干燥，因此B中的试剂为浓H2SO4，且C烧瓶需加热，其目的是使SiHCl3汽化，加快其与H2的反应速率。②石英管中产生的物质应为硅，故D中有固体产生，由题给信息，制纯硅的反应条件为1 100～1 200 ℃，此温度下普通的玻璃容易软化。③因高温下H2与O2反应容易爆炸，故还应排尽装置中的空气。