Question

2．晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：
①高温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅，同时得到一种可燃性气体；
②粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl₃（Si+3HCl$\frac{\underline{\;250-300℃\;}}{铜粉}$SiHCl₃+H₂）；
③SiHCl₃与过量的H₂在1 100～1 200℃的温度下反应制得纯硅，已知SiHCl₃能与水剧烈反应，在空气中易自燃．
请回答：
（1）第一步制取粗硅的化学反应方程式为2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑．
（2）粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到的SiHCl₃（沸点33.0℃）中含有少量SiCl₄（沸点57.6℃）和HCl（沸点-84.7℃），提纯SiHCl₃采用的方法为蒸馏（或分馏）．
（3）实验室用SiHCl₃与过量的H₂反应制取纯硅装置如图所示（加热和夹持装置略去）：

①装置B中的试剂是浓硫酸，装置C中的烧杯需要加热，目的是使SiHCl₃气化，与氢气反应．
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是有固体物质生成，装置D不能采用普通玻璃管的原因是温度太高，普通玻璃管易熔化，装置D中发生反应的化学方程式是SiHCl₃+H₂=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排尽装置中的空气．

Answer 1

分析 根据题目给出的信息，高温下，碳做还原剂时，碳和二氧化硅生成CO和硅；利用沸点的不同提纯SiHCl₃属于蒸馏；浓硫酸是常用的干燥剂，装置C需水浴加热，目的是加快反应的速率；装置D不能采用普通玻璃管的原因是温度太高，普通玻璃管易熔化；保证实验成功的关键是：装置要严密；控制好温度等．
（1）高温下，碳和二氧化硅反应生成硅和一氧化碳；
（2）根据题中数据，采用分馏方法提纯SiHCl₃；
（3）浓硫酸是常用的干燥剂，装置C需水浴加热，目的是使SiHCl₃气化，与氢气反应；SiHCl₃与过量的H₂在1000℃～1100℃反应制得纯硅，温度太高，普通玻璃管易熔化；保证实验成功的关键是：装置要严密；控制好温度等；书写化学方程式时，要注意配平．

解答 解：（1）高温下，碳做还原剂时，生成CO，即2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑．
故答案为：2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑
（2）利用沸点的不同提纯SiHCl₃属于蒸馏，
故答案为：蒸馏（或分馏）
（3）①生成的氢气含有水蒸气，用浓H₂SO₄干燥；加热促使SiHCl₃气化，
故答案为：浓硫酸；使SiHCl₃气化，与氢气反应；
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；反应温度较高，普通玻璃会软化；SiHCl₃和H₂反应生成硅和氯化氢，
故答案为：有固体物质生成，温度太高，普通玻璃管易熔化；SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1100℃-1200℃\;}}{\;}$Si+3HCl；
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．
故答案为：排尽装置中的空气．

点评 本考点属于物质的转化和制备题，还考查了化学方程式的书写．本题利用文字描述设计出相应的实验步骤，分步骤进行鉴别，解决本考点需要根据实验现象，综合分析，从而得出正确的结论，要注意知识的整体性．此考点主要出现在实验题中．