Question

清洗和制绒是硅晶片制作的重要步骤之一，硅片化学清洗的主要目的是除去硅片表面杂质（如某些有机物，无机盐，金属、Si、SiO₂粉尘等）．常用的化学清洗剂有高纯水、有机溶剂、双氧水、浓酸、强碱等．其中去除硅的氧化物，通常用一定浓度的HF溶液，室温条件下将硅片浸泡1至数分钟．制绒是在硅片表面形成金字塔形的绒面，增加硅对太阳光的吸收．单晶制绒通常用NaOH，Na₂SiO₃等混合溶液在75～90℃反应25～35min，效果良好．
回答下列问题
（1）能否用玻璃试剂瓶来盛HF溶液，为什么？用化学方程式加以解释

 

；
（2）写出晶片制绒反应的离子方程式

 

，对单晶制绒1990年化学家Seidel提出了一种的电化学模型，他指出Si与NaOH溶液的反应，首先是Si与OH^一反应，生成SiO₄^4一，然后SiO₄^4一迅速水解生成H₄SiO₄．基于此原理分析反应中氧化剂为

 

．
（3）本校化学兴趣小组同学，为验证Seidel的理论是否正确，完成以下实验：

	实验事实
事实一	水蒸汽在600℃时可使粉末状硅缓慢氧化并放出氢气．
事实二	盛放于铂或石英器皿中的纯水长时间对粉末状还原硅无腐蚀作用．
事实三	普通玻璃器皿中的水仅因含有从玻璃中溶出的微量的碱便可使粉末状硅在其中缓慢溶解．
事实四	在野外环境里，用较高百分比的硅铁粉与干燥的Ca（OH）2和NaOH，点着后焖烧，可剧烈放出H2．
事实五	1g（0.036mol）Si和20mL含有lgNaOH（0.025mol）的溶液，小心加热（稍微预热），收集到约1700mL H2，很接近理论值（1600mL）．

结论：从实验上说明碱性水溶液条件下，H₂O可作

 

剂；NaOH作

 

剂，降低反应

 

．高温无水环境下，NaOH作

 

剂．
（4）在太阳能电池表面沉积深蓝色减反膜--氮化硅晶膜．常用硅烷（SiH₄）与氨气（NH₃）在等离子体中反应．硅烷是一种无色、有毒气体，常温下与空气和水剧烈反应．下列关于硅烷、氮化硅的叙述不正确的是

 

A．在使用硅烷时要注意隔离空气和水，SiH₄能与水发生氧化还原反应生成H₂；
B．硅烷与氨气反应的化学方程式为：3SiH₄+4NH₃=Si₃N₄+12H₂↑，反应中NH₃作氧化剂；
C．它们具有卓越的抗氧化、绝缘性能和隔绝性能，化学稳定性很好，不与任何酸、碱反应；
D．氮化硅晶体中只存在共价键，Si₃N₄是优良的新型无机非金属材料．

Answer 1

考点：性质实验方案的设计,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）二氧化硅与氟化氢反应生成四氟化硅气体，导致玻璃被腐蚀；
（2）根据题干信息判断反应物、生成物，然后写出反应的离子方程式；根据化合价变化判断反应中的氧化剂；
（3）根据表中实验1至实验五的反应现象判断碱性条件下水、氢氧化钠的作用，在高温无水条件下氢氧化钠的作用；
（4）A．硅烷与水反应生成二氧化硅和氢气，该反应为氧化还原反应；
B．根据化合价变化判断氨气在反应中的作用；
C．硅烷的性质很活泼，常温下与空气和水剧烈反应；
D．根据氮化硅的化学键类型及其用途判断．

解答： 解：（1）因为氢氟酸能和二氧化硅反应：SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O，从而腐蚀玻璃，因此不能用玻璃试剂瓶来盛HF溶液，故答案为：SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O；
（2）硅单质能和氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和氢气，所以晶片制绒反应的离子方程式为：Si+2OH^-+H₂O=SiO₃^2-+2H₂↑；
在反应中，氢氧根离子中的氢离子得到电子生成氢气，则在反应中氧化剂应该是氢氧化钠，
故答案为：Si+2OH^-+H₂O=SiO₃^2-+2H₂↑；NaOH；
（3）根据表中信息可知，水蒸汽在600℃时可使粉末状硅缓慢氧化并放出氢气，而普通玻璃器皿中的水仅因含有从玻璃中溶出的微量的碱便可使粉末状硅在其中，这说明在碱性水溶液条件下，H₂O可作氧化剂；少量的氢氧化钠可以加快反应速率，这说明氢氧化钠通过降低反应的活化能，起催化剂的作用；
在野外环境里，用较高百分比的硅铁粉与干燥的Ca（OH）₂和NaOH，点着后焖烧，可剧烈放出H₂，这说明在高温无水环境下，NaOH起氧化剂的作用，与硅反应放出氢气，
故答案为：氧化；催化；活化能；氧化；
（4）A．硅烷在常温下与空气和水剧烈反应，因此在使用硅烷时要注意隔离空气和水，这是由于SiH₄能与水发生氧化还原反应生成H₂，故A正确；
B．在反应3SiH₄+4NH₃=Si₃N₄+12H₂↑中，氨气中氢元素的化合价从+1价降低到0价得到电子，所以反应中NH₃作氧化剂，硅烷是还原剂，故B正确；
C．氮化硅的性质稳定，但SiH₄的性质很活泼，常温下与空气和水剧烈反应，故C错误；
D．氮和硅都是非金属，因此氮化硅晶体中只存在共价键，Si₃N₄是优良的新型无机非金属材料，故D正确；
故答案为：C．

点评：本题考查了性质实验方案的设计方法，题目难度中等，试题知识点较多、综合性较强，正确分析题干信息为解答关键，注意掌握性质实验方案的设计原则，试题有利于培养学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力，是一道质量较好的题目．