Question

晶体硅是一种重要的非金属材料．请写出晶体硅的二种用途：

计算机芯片

、

太阳能电池

．制备纯硅的主要步骤如下：
①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅
②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl₃（常温下为液态，易挥发）
③SiHCl₃与过量H₂在1000～1100℃反应制得纯硅．
已知：
Ⅰ．SiHCl₃水解会生成两种气态产物，请写出其水解的化学方程式：

SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl↑

．
Ⅱ．SiHCl₃ 在空气中自燃．请回答下列问题：
（1）第①步制备粗硅的化学反应方程式为

SiO₂+2C

高温  .

Si+2CO↑

．
（2）用SiHCl₃与过量H₂反应制备纯硅的装置如下（热源及夹持装置略去）

①装置B中的试剂是

浓H₂SO₄

，装置C中的烧瓶需要加热，其目的是

使SiHCl₃气化

；
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是

D石英管的内壁附有灰黑色晶体

，装置D中发生反应的化学方程式为

SiHCl₃+H₂

高温  .

Si+3HCl

；
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

先通一段时间H₂，将装置中的空气排尽

；
④设计鉴定产品硅中是否含少量Fe单质的方法：

取少量产品于试管中加盐酸溶解，再滴加氯水和KSCN（aq），若出现红色说明含Fe，若不出现红色说明不含Fe．

．

Answer 1

分析：硅单质的用途为：制造计算机芯片、太阳能电池；
Ⅰ．SiHCl₃水解生成硅酸、氢气和氯化氢；
Ⅱ．（1）高温下，碳和二氧化硅反应生成硅和一氧化碳；
（2）①生成的氢气含有水蒸气，用浓H₂SO₄干燥；加热促使SiHCl₃气化；
②SiHCl₃和氢气反应有硅单质生成，根据硅的颜色判断D装置中的颜色变化；SiHCl₃和H₂反应生成硅和氯化氢；
③氢气是可燃性气体，易产生爆炸，为防止安全事故的发生，所以先通一段时间H₂，将装置中的空气排尽；
④根据二价铁离子的性质选取相应的试剂，根据实验现象判断是否含有铁，亚铁离子能使酸性高锰酸钾褪色，硫氰化钾能使铁离子变红色．

解答：解：硅单质是良好的半导体材料，计算机芯片、太阳能电池；故答案为：计算机芯片、太阳能电池；
Ⅰ．SiHCl₃水解生成硅酸、氢气和氯化氢，反应方程式为：SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl↑，
故答案为：SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl↑；
Ⅱ．（1）高温下，碳和二氧化硅反应生成硅和一氧化碳，反应方程式为：SiO₂+2C

高温  .

Si+2CO↑，
故答案为：SiO₂+2C

高温  .

Si+2CO↑；
（2）①锌和稀硫酸的反应是放热反应，所以生成的氢气含有水蒸气，为干燥氢气，一般选用浓H₂SO₄干燥；气体的反应速率较大，所以加热的目的是使SiHCl₃气化，
故答案为：浓硫酸；使SiHCl₃气化；
②高温下，SiHCl₃和氢气反应生成硅单质，硅单质是灰黑色固体，所以D装置中的现象是：石英管的内壁附有灰黑色晶体，反应方程式为：SiHCl₃+H₂

高温  .

Si+3HCl，
故答案为：石英管的内壁附有灰黑色晶体；SiHCl₃+H₂

高温  .

Si+3HCl；
③氢气是可燃性气体，当氢气的量达到一定时易产生爆炸，为防止安全事故的发生，所以先通一段时间H₂，将装置中的空气排尽，
故答案为：先通一段时间H₂，将装置中的空气排尽；
④铁能和酸反应生成亚铁离子，亚铁离子有还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色；亚铁离子能被氯水氧化生成铁离子，铁离子遇硫氰化钾溶液变红色，所以可以用酸性高锰酸钾或氯水和硫氰化钾溶液检验铁的存在，
故答案为：取少量产品于试管中加盐酸溶解，再滴加氯水和KSCN（aq），若出现红色说明含Fe，若不出现红色说明不含Fe．

点评：本题考查了实验方案设计的有关知识，铁离子和亚铁离子的检验在高考题中出现，这种类型的题是高考的热点，是学习的重点，会根据实验目的和物质的性质选取实验装置和实验药品，然后进行相应的实验．