Question

11．以粗硅（含铁、铝等杂质）为原料工业上有以下两种制备高纯硅的工艺．
已知：SiCl₄沸点57.5℃，遇水强烈水解：SiHCl₃沸点31.5℃，且能与H₂O强烈反应，并在空气中易自燃，300℃时FeCl₃、AlCl₃均能升华．
（1）为鉴定粗硅中含有微量铁单质，将试样研磨后用稀盐酸溶解，并取上层清液加入下列试剂中的bd（填字母）．
a．碘水  b．氯水  c．Na₂SO₃溶液 d．KSCN溶液
常温下SiHCl₃和SiCl₄均为液体，上述流程中操作①为蒸馏．
（2）实验室用如图1装置制备SiCl₄（反应温度在400℃～500℃）．

①装置F的作用是吸收尾气Cl₂，并防止空气中的水蒸气进入广口瓶．实验开始应先点燃A（填”A“或”D“）装置的酒精灯一段时间后再点燃另一酒精灯．
②E处收集装置设计了甲、乙两套装置，请你分别指出两套装置的不足之处甲方案未用冷却液冷却易损失SiCl₄，乙方案进气管c太细易堵塞．为使甲装置易于收集产物，则需对装置进行的改进为甲方案中的广口瓶浸入盛有冷却液的水槽中（用文字表达）．
（3）SiHCl₃与过量H₂制备纯硅的装置如图2（热源及夹持装置已略去）．
装置B中的试剂是浓硫酸（填名称），装置C中的烧瓶需要加热，其目的是使进入烧瓶的液态SiHCl₃变为气体．实验中先让稀硫酸与锌粒反应一段时间后，再加热C、D装置的理由是让H₂排尽装置中的空气，防止SiHCl₃水解和自燃，装置D中发生反应的化学方程式为SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+3HCl．

Answer 1

分析 （1）由于Fe与盐酸反应生成氯化亚铁，再滴入KSCN、氯水，溶液变红色，说明粗硅中含有铁单质；
常温下SiHCl₃和SiCl₄均为液体，二者互溶，沸点相差较大，采取蒸馏法进行分离；
（2）利用图1装置制备SiCl₄，SiCl₄遇水强烈水解，制备装置应干燥，A装置制备氯气，B装置吃饭饱和食盐水，吸收氯气中的HCl，C装置充分浓硫酸，干燥氯气，氯气与Si在D装置中反应生成SiCl₄，SiCl₄沸点57.5℃，反应得到SiCl₄蒸汽，应进行冷却收集，未反应的氯气需要用氢氧化钠溶液吸收，防止污染空气，由于SiCl₄遇水强烈水解，F装置可以吸收尾气Cl₂，并防止空气中的水蒸气进入广口瓶．
①实验开始应先制备氯气，并用氯气排尽装置中的空气，再进行合成SiCl₄的反应；
②甲方案未用冷却液冷却易损失SiCl₄，乙方案进气管c太细易堵塞，将甲方案中的广口瓶浸入盛有冷却液的水槽中；
（3）图2中，A装置制备氢气，B装置中盛放浓硫酸，干燥氢气，防止SiHCl₃与水反应，装置C中的烧瓶需要加热，使进入烧瓶的液态SiHCl₃变为气体，实验中应先通入一定时间H₂排尽装置中的空气，防止SiHCl₃水解和自燃，在D装置中发生置换反应得到Si与HCl．

解答 解：（1）由于Fe与盐酸反应生成氯化亚铁，再滴入KSCN溶液与氯水，溶液变红色，说明粗硅中含有铁单质；
常温下SiHCl₃和SiCl₄均为液体，二者互溶，沸点相差较大，采取蒸馏法进行分离，
故答案为：bd；蒸馏；
（2）利用图1装置制备SiCl₄，SiCl₄遇水强烈水解，制备装置应干燥，A装置制备氯气，B装置吃饭饱和食盐水，吸收氯气中的HCl，C装置充分浓硫酸，干燥氯气，氯气与Si在D装置中反应生成SiCl₄，SiCl₄沸点57.5℃，反应得到SiCl₄蒸汽，应进行冷却收集，未反应的氯气需要用氢氧化钠溶液吸收，防止污染空气，由于SiCl₄遇水强烈水解，F装置可以吸收尾气Cl₂，并防止空气中的水蒸气进入广口瓶．
①F装置的作用是：吸收尾气Cl₂，并防止空气中的水蒸气进入广口瓶；实验开始应先制备氯气，并用氯气排尽装置中的空气，防止SiCl₄水解，再进行合成SiCl₄的反应，实验开始应先点燃A处酒精灯，
故答案为：吸收尾气Cl₂，并防止空气中的水蒸气进入广口瓶；A；
②甲方案未用冷却液冷却易损失SiCl₄，乙方案进气管c太细易堵塞，为使甲装置易于收集产物，将甲方案中的广口瓶浸入盛有冷却液的水槽中，
故答案为：甲方案未用冷却液冷却易损失SiCl₄，乙方案进气管c太细易堵塞；甲方案中的广口瓶浸入盛有冷却液的水槽中；
（3）图2中，A装置制备氢气，B装置中盛放浓硫酸，干燥氢气，防止SiHCl₃与水反应，装置C中的烧瓶需要加热，使进入烧瓶的液态SiHCl₃变为气体，实验中应先通入一定时间H₂排尽装置中的空气，防止SiHCl₃水解和自燃，在D装置中发生置换反应得到Si与HCl，反应方程式为：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+3HCl，
故答案为：浓硫酸；使进入烧瓶的液态SiHCl₃变为气体；让H₂排尽装置中的空气，防止SiHCl₃水解和自燃；SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+3HCl．

点评 本题考查制备实验方案的设计，综合了氯气的制法、硅的提纯、物质的分离提纯、对装置与操作的分析评价等实验知识，结合物质的性质明确原理为解答的关键，题目难度中等．