Question

8．晶体硅是一种重要的半导体材料，工业上晶体硅的制备流程如下：
石英$→_{高温}^{①}$粗硅$→_{450-500℃}^{②Cl_{2}}$$\stackrel{③精馏}{→}$高纯SiCl₄$→_{高温}^{④H_{2}}$高纯硅
在高温条件下，粗硅中的杂质硼、铝、铁、磷等均能与氯气直接反应生成相应的氯化物．
有关物质物理性质：

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

请回答下列问题：
（1）写出工业上获得粗硅的化学方程式：2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑．
（2）通过精馏（类似多次蒸馏）可得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的元素是Al、P（填写元素符号）．
（3）用SiCl₄与过量干燥的H₂反应制备纯硅，为保证制备纯硅实验的成功，除控制好反应温度外，还需确保实验装置中不能混入空气，原因是氢气与氧气爆炸，硅和氧气高温反应．

Answer 1

分析 （1）碳能与二氧化硅反应生成硅单质；
（2）氯气与粗硅反应生成SiCl₄，精馏粗产品可得高纯度四氯化硅，由表中数据可以看出，蒸出SiCl₄气体时，BCl₃早已成气体被蒸出，而AlCl₃、FeCl₃、PCl₅升华温度均低于SiCl₄；
（3）Si是亲氧元素，防止Si被氧化和氢气和氧气的混合气体会发生爆炸；

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$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑，故答案为：2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；
（2）氯气与粗硅反应生成SiCl₄，精馏粗产品可得高纯度四氯化硅，由表中数据可以看出，蒸出SiCl₄气体时，BCl₃早已成气体被蒸出，而AlCl₃、FeCl₃、PCl₅升华温度均低于SiCl₄，所以当SiCl₄蒸出后，而AlCl₃、FeCl₃、PCl₅还为固体留在瓶里，故答案为：Al、P；
（3）Si是亲氧元素，为防止Si被氧化，需要排尽装置中的空气，而体系中有氢气，故答案为：氢气与氧气爆炸，硅和氧气高温反应．

点评 本题以Si的制取为载体考查化学实验，涉及氧化还原反应、基本操作、混合物的分离和提纯等知识点，明确反应原理是解本题关键，再结合物质的性质分析解答，同时考查学生思维的缜密性，题目难度不大．