Question

14．晶體硅是信息科學(xué)和能源科學(xué)中的一種重要材料，可用于制芯片和太陽(yáng)能電池等，．以下是工業(yè)上制取純硅的一種方法．

已知：在一定條件下可發(fā)生反應(yīng)：Si（s）+3HCl（g）?SiHCl₃（g）+H₂（g）△H＜0
I．反應(yīng)②、③均需要加熱，有如下兩個(gè)溫度區(qū)間分別供兩反應(yīng)選擇，你認(rèn)為反應(yīng)②應(yīng)選擇a
（填序號(hào)字母），原因是因反應(yīng)Si（s）+3HCl（g）?SiHCl₃（g）+H₂（g）△H＜0，溫度較低時(shí)反應(yīng)向正向進(jìn)行程度較大，有利于SiHCl₃的生成；
a.520～530K           b.1350～1360K
II．現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)上粗硅提純的過(guò)程，已知SiHCl₃遇水強(qiáng)烈水解，其他相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示：

物質(zhì)	SiCl4	SiHCl3	AlCl3	FeCl3
沸點(diǎn)/℃	57.7	33.0	-	315
升華溫度/℃	-	-	180	300

（1）現(xiàn)用如圖1裝置進(jìn)行模擬反應(yīng)②的過(guò)程．實(shí)驗(yàn)室制HCl的反應(yīng)原理為：
2NaCl（s）+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ 2HCl↑+Na₂SO₄

如圖2A中是HCl的發(fā)生裝置，你認(rèn)為應(yīng)選擇下列哪套裝置？d（填裝置的序號(hào)字母），裝置D中堿石灰的作用為吸收剩余HCl、防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入C裝置造成SiHCl₃的水解；
（2）已知液態(tài)粗品SiHCl₃中含有雜質(zhì)SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃等，則流程中操作①為分餾（填操作名稱(chēng)），下列不是該操作所需的儀器是bd（填裝置序號(hào)字母）；
a．冷凝管    b．圓底燒瓶  c．蒸餾燒瓶  d．分液漏斗   e．溫度計(jì)  f．接受器
（3）用SiHCl₃與H₂反應(yīng)制備純硅的裝置如土3
①按圖示組裝好儀器后，下列實(shí)驗(yàn)步驟的正確順序?yàn)閐bacef（填步驟的序號(hào)字母），
a．打開(kāi)甲裝置分液漏斗旋塞，滴加稀硫酸，反應(yīng)生成H₂；
b．向裝置中添加藥品；
c．打開(kāi)丙裝置分液漏斗的旋塞，滴加SiHCl₃，并加熱相應(yīng)裝置；
d．檢查裝置氣密性；
e．停止向丙裝置滴加SiHCl₃，并停止加熱相應(yīng)裝置；
f．停止通H₂；
步驟c中需要加熱的裝置為丙、�。ㄌ钛b置序號(hào)“甲”、“乙”、“丙”、“丁”）
②該套裝置的設(shè)計(jì)缺陷是無(wú)尾氣處理裝置．

Answer 1

分析 Ⅰ．根據(jù)反應(yīng)Si（s）+3HCl（g）?SiHCl₃（g）+H₂（g）△H＜0可知，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響答題；
II．（1）根據(jù)題中制HCl的實(shí)驗(yàn)原理，為固體和液體加熱，據(jù)此選擇裝置，反應(yīng)中有剩余的氯化氫氣體未反應(yīng)，要吸收，同時(shí)SiHCl₃易水解，要防止空氣中的水分進(jìn)入裝置；
（2）液態(tài)粗品SiHCl₃中含有雜質(zhì)SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃等，根據(jù)這些物質(zhì)的沸點(diǎn)不同，可選擇分餾的方法進(jìn)行除雜，根據(jù)分餾操作的裝置可選擇儀器；
（3）用SiHCl₃與H₂反應(yīng)制備純硅，組裝好儀器后，要先進(jìn)行氣密性檢驗(yàn)，再在裝置中通氫氣，排盡空氣后再進(jìn)行SiHCl₃與H₂的反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)還要繼續(xù)通氫氣，直到裝置冷卻，防止空氣中的成分對(duì)反應(yīng)干擾，根據(jù)裝置可知，丙處是水浴，丁處進(jìn)行SiHCl₃與H₂的反應(yīng)，都要進(jìn)行加熱，實(shí)驗(yàn)尾氣中有氯化氫等氣體不能直接排到空氣中，據(jù)此答題．

解答 解：Ⅰ．根據(jù)反應(yīng)Si（s）+3HCl（g）?SiHCl₃（g）+H₂（g）△H＜0可知，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡移動(dòng)會(huì)逆向移動(dòng)，不利于SiHCl₃的生成，所以選擇溫度較低的條件，即選a，
故答案為：a；因反應(yīng) Si（s）+3HCl（g）?SiHCl₃（g）+H₂（g）△H＜0，溫度較低時(shí)反應(yīng)向正向進(jìn)行程度較大，有利于SiHCl₃的生成；
II．（1）根據(jù)題中制HCl的實(shí)驗(yàn)原理，為固體和液體加熱，所以選擇d裝置，反應(yīng)中有剩余的氯化氫氣體未反應(yīng)，要吸收，同時(shí)SiHCl₃易水解，要防止空氣中的水分進(jìn)入裝置，所以D中裝堿石灰用來(lái)吸收剩余HCl、防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入C裝置造成SiHCl₃的水解，
故答案為：d；吸收剩余HCl、防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入C裝置造成SiHCl₃的水解；
（2）液態(tài)粗品SiHCl₃中含有雜質(zhì)SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃等，根據(jù)這些物質(zhì)的沸點(diǎn)不同，可選擇分餾的方法進(jìn)行除雜，所以流程中操作①為分餾，根據(jù)分餾操作的裝置可知，不是分餾操作所需的儀器是b d，
故答案為：分餾；b d；
（3）①用SiHCl₃與H₂反應(yīng)制備純硅，組裝好儀器后，要先進(jìn)行氣密性檢驗(yàn)，再在裝置中通氫氣，排盡空氣后再進(jìn)行SiHCl₃與H₂的反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)還要繼續(xù)通氫氣，直到裝置冷卻，防止空氣中的成分對(duì)反應(yīng)干擾，所以實(shí)驗(yàn)步驟的順序?yàn)閐bacef，根據(jù)裝置可知，丙處是水浴，丁處進(jìn)行SiHCl₃與H₂的反應(yīng)，都要進(jìn)行加熱，所以步驟c中需要加熱的裝置為丙、丁，
故答案為：dbacef；丙、�。�
②實(shí)驗(yàn)尾氣中有氯化氫等氣體不能直接排到空氣中，而根據(jù)裝置可知，裝置中無(wú)尾氣處理裝置，
故答案為：無(wú)尾氣處理裝置．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，綜合了氯氣的制法、硅的提純、物質(zhì)的分離提純、對(duì)裝置與操作的分析評(píng)價(jià)等實(shí)驗(yàn)知識(shí)，結(jié)合物質(zhì)的性質(zhì)明確原理為解答的關(guān)鍵，題目難度中等．