Question

单质硅是信息产业中重要的基础材料．通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅（含铁、铝、硼、磷等杂质），粗硅与氯气反应生成四氯化硅（反应温度为450～500℃），四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅．以下是实验室制备四氯化硅的装置图（ABCD）和氢气还原SiCl₄的实验装置图，加热部分装置省略（EFGH）：

相关信息：①四氯化硅遇水极易水解
②硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物
③有关物质的物理常数见下表：

物质	SiCl4	BCl3	AlCl3	FeCl3	PCl5
沸点/℃	57.7	12.8	-	315	-
熔点/℃	-70.0	-107.2	-	-	-
升华温度/℃	-	-	180	300	162

（1）写出工业制备粗硅的方程式

 

；
（2）A中所发生的反应的离子方程式

 

；
（3）B和C中分别装的试剂名称为

 

 和

 

；
（4）提纯该反应中所得的四氯化硅的方法是

 

，制备四氯化硅的实验装置图有一个明显缺陷，请提出改进措施

 

；
（5）氢气还原四氯化硅的装置图中，G装置需要水浴加热，目的是

 

；
（6）氢气还原四氯化硅的装置图中，为保证实验安全，H装置加热之前必须进行的实验操作是

 

．

Answer 1

考点：硅和二氧化硅,制备实验方案的设计

专题：碳族元素

分析：（1）碳能与二氧化硅反应生成硅单质；
（2）二氧化锰和浓盐酸发生氧化还原反应生成氯化锰、氯气和水；
（3）装置B中的试剂应该吸收氯化氢而不能吸收氯气，装置C中的试剂应该吸收水而不能吸收氯气；
（4）利用混合物的沸点不同，可用分馏的方法分离；缺少防止空气中的水蒸气进入装置与四氯化硅发生反应装置；
（5）水浴加热受热均匀；
（6）氢气属于易燃性气体，不纯时加热易爆炸．

解答： 解：由制备四氯化硅的实验流程可知，A中发生二氧化锰与浓盐酸的反应生成氯气，B中饱和实验水除去HCl，C装置中浓硫酸干燥氯气，D中发生Si与氯气的反应生成四氯化硅，由信息可知，E装置制取氢气，F可防止倒吸，最后氢气还原SiCl₄，
（1）碳能与二氧化硅反应生成硅单质，化学反应方程式：2C+SiO₂

高温  .

Si+2CO↑，故答案为：2C+SiO₂

高温  .

Si+2CO↑；
（2）装置A是氯气发生装置，A中的离子方程式为MnO₂+4H⁺+2Cl^-

△   .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，故答案为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-

△   .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（3）浓盐酸具有挥发性，加热促进挥发，导致制取的氯气中含有氯化氢，为除去氯化氢，装置B中的试剂应该吸收氯化氢而不能吸收氯气，为饱和食盐水，装置C用浓硫酸吸水，故答案为：饱和食盐水；浓硫酸；
（4）粗硅与氯气反应后得到沸点较低的液态四氯化硅，其中常混有一些高沸点、难挥发性杂质，因沸点不同，则分离提纯法选分馏法，防止空气中的水蒸气进入与SiCl₄反应，需在D装置后连接装有浓硫酸的洗气瓶，
故答案为：分馏；D装置后连接装有浓硫酸的洗气瓶；
（5）水浴加热受热均匀，便于控制加热温度，故答案为：均匀受热，控温更加准确；
（6）氢气属于易燃性气体，不纯时加热易爆炸，需通入氢气一段时间后，于装置末端检验氢气的纯度，纯净后才能点燃，
故答案为：通入氢气一段时间后，于装置末端检验氢气的纯度，纯净后才能点燃．

点评：本题考查制备实验方案的设计，综合了氯气的制法、硅的提纯等实验知识，为高频考点，把握制备原理及实验流程中的反应、物质的性质等为解答的关键，侧重分析与实验、计算能力的综合考查，题目难度中等．