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25～35 min，效果良好。回答下列问题

Ⅰ.（1）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                   。

（2）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（0.036mo1）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。

Ⅱ.在工业中利用镁制取硅：2Mg＋SiO₂2MgO＋Si，同时有副反应发生：2Mg＋SiMg₂Si，Mg₂Si遇盐酸迅速反应生成SiH₄(硅烷)，SiH₄在常温下是一种不稳定、易分解的气体。如图是进行Mg与SiO₂反应的实验装置：

由于氧气的存在对该实验有较大影响，实验中应通入气体X作为保护气，试管中的固体药品可选用________(填序号)。        a．石灰石　　　b．锌粒　　　c．纯碱

（4）实验开始时，必须先通入X气体，再加热反应物，其理由是______________________________，当反应开始后，移走酒精灯反应能继续进行，其原因是___________________________。

（5）反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸。可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因用化学方程式表示为_______________________________________。

 

Answer 1

【答案】

（1）Si+2OH^一+H₂O=SiO₃^2-+2H₂↑；NaOH （2）氧化   催化   活化能    氧化    

（3）b　（4）让氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响　该反应为放热反应，可利用自身放出的热量维持反应进行　（5）①Mg₂Si＋4HCl=2MgCl₂＋SiH₄↑　②SiH₄＋2O₂=SiO₂↓＋2H₂O。

【解析】

试题分析：（1）晶片制绒反应的离子方程式Si+2OH^一+H₂O=SiO₃^2-+2H₂↑；在该反应中氧化剂为NaOH。（2）碱性水溶液条件下，H₂O可作氧化剂，NaOH作催化剂降低反应活化能；高温无水环境下，NaOH作氧化剂。（3）由于氧气的存在对该实验有较大影响，实验中应通入还原性气体X作为保护气，试管中的固体药品可选用锌粒，是其发生反应产生H₂，为反应的顺利进行创造有利的条件。选项为b . （4）实验开始时，必须先通入X气体，再加热反应物，是为了让氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响　该反应为放热反应，可利用自身放出的热量维持反应进行。（5） 反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸。可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因是①Mg₂Si＋4HCl=2MgCl₂＋SiH₄↑　②SiH₄＋2O₂=SiO₂↓＋2H₂O

考点：考查硅晶片制作过程的清洗、制绒等的化学反应原理的知识。