Question

11．以粗硅（含鐵、鋁等雜質(zhì)）為原料工業(yè)上有以下兩種制備高純硅的工藝．
已知：SiCl₄沸點57.5℃，遇水強烈水解：SiHCl₃沸點31.5℃，且能與H₂O強烈反應(yīng)，并在空氣中易自燃，300℃時FeCl₃、AlCl₃均能升華．
（1）為鑒定粗硅中含有微量鐵單質(zhì)，將試樣研磨后用稀鹽酸溶解，并取上層清液加入下列試劑中的bd（填字母）．
a．碘水  b．氯水  c．Na₂SO₃溶液 d．KSCN溶液
常溫下SiHCl₃和SiCl₄均為液體，上述流程中操作①為蒸餾．
（2）實驗室用如圖1裝置制備SiCl₄（反應(yīng)溫度在400℃～500℃）．

①裝置F的作用是吸收尾氣Cl₂，并防止空氣中的水蒸氣進入廣口瓶．實驗開始應(yīng)先點燃A（填”A“或”D“）裝置的酒精燈一段時間后再點燃另一酒精燈．
②E處收集裝置設(shè)計了甲、乙兩套裝置，請你分別指出兩套裝置的不足之處甲方案未用冷卻液冷卻易損失SiCl₄，乙方案進氣管c太細易堵塞．為使甲裝置易于收集產(chǎn)物，則需對裝置進行的改進為甲方案中的廣口瓶浸入盛有冷卻液的水槽中（用文字表達）．
（3）SiHCl₃與過量H₂制備純硅的裝置如圖2（熱源及夾持裝置已略去）．
裝置B中的試劑是濃硫酸（填名稱），裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是使進入燒瓶的液態(tài)SiHCl₃變?yōu)闅怏w．實驗中先讓稀硫酸與鋅粒反應(yīng)一段時間后，再加熱C、D裝置的理由是讓H₂排盡裝置中的空氣，防止SiHCl₃水解和自燃，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+3HCl．

Answer 1

分析 （1）由于Fe與鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵，再滴入KSCN、氯水，溶液變紅色，說明粗硅中含有鐵單質(zhì)；
常溫下SiHCl₃和SiCl₄均為液體，二者互溶，沸點相差較大，采取蒸餾法進行分離；
（2）利用圖1裝置制備SiCl₄，SiCl₄遇水強烈水解，制備裝置應(yīng)干燥，A裝置制備氯氣，B裝置吃飯飽和食鹽水，吸收氯氣中的HCl，C裝置充分濃硫酸，干燥氯氣，氯氣與Si在D裝置中反應(yīng)生成SiCl₄，SiCl₄沸點57.5℃，反應(yīng)得到SiCl₄蒸汽，應(yīng)進行冷卻收集，未反應(yīng)的氯氣需要用氫氧化鈉溶液吸收，防止污染空氣，由于SiCl₄遇水強烈水解，F(xiàn)裝置可以吸收尾氣Cl₂，并防止空氣中的水蒸氣進入廣口瓶．
①實驗開始應(yīng)先制備氯氣，并用氯氣排盡裝置中的空氣，再進行合成SiCl₄的反應(yīng)；
②甲方案未用冷卻液冷卻易損失SiCl₄，乙方案進氣管c太細易堵塞，將甲方案中的廣口瓶浸入盛有冷卻液的水槽中；
（3）圖2中，A裝置制備氫氣，B裝置中盛放濃硫酸，干燥氫氣，防止SiHCl₃與水反應(yīng)，裝置C中的燒瓶需要加熱，使進入燒瓶的液態(tài)SiHCl₃變?yōu)闅怏w，實驗中應(yīng)先通入一定時間H₂排盡裝置中的空氣，防止SiHCl₃水解和自燃，在D裝置中發(fā)生置換反應(yīng)得到Si與HCl．

解答 解：（1）由于Fe與鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵，再滴入KSCN溶液與氯水，溶液變紅色，說明粗硅中含有鐵單質(zhì)；
常溫下SiHCl₃和SiCl₄均為液體，二者互溶，沸點相差較大，采取蒸餾法進行分離，
故答案為：bd；蒸餾；
（2）利用圖1裝置制備SiCl₄，SiCl₄遇水強烈水解，制備裝置應(yīng)干燥，A裝置制備氯氣，B裝置吃飯飽和食鹽水，吸收氯氣中的HCl，C裝置充分濃硫酸，干燥氯氣，氯氣與Si在D裝置中反應(yīng)生成SiCl₄，SiCl₄沸點57.5℃，反應(yīng)得到SiCl₄蒸汽，應(yīng)進行冷卻收集，未反應(yīng)的氯氣需要用氫氧化鈉溶液吸收，防止污染空氣，由于SiCl₄遇水強烈水解，F(xiàn)裝置可以吸收尾氣Cl₂，并防止空氣中的水蒸氣進入廣口瓶．
①F裝置的作用是：吸收尾氣Cl₂，并防止空氣中的水蒸氣進入廣口瓶；實驗開始應(yīng)先制備氯氣，并用氯氣排盡裝置中的空氣，防止SiCl₄水解，再進行合成SiCl₄的反應(yīng)，實驗開始應(yīng)先點燃A處酒精燈，
故答案為：吸收尾氣Cl₂，并防止空氣中的水蒸氣進入廣口瓶；A；
②甲方案未用冷卻液冷卻易損失SiCl₄，乙方案進氣管c太細易堵塞，為使甲裝置易于收集產(chǎn)物，將甲方案中的廣口瓶浸入盛有冷卻液的水槽中，
故答案為：甲方案未用冷卻液冷卻易損失SiCl₄，乙方案進氣管c太細易堵塞；甲方案中的廣口瓶浸入盛有冷卻液的水槽中；
（3）圖2中，A裝置制備氫氣，B裝置中盛放濃硫酸，干燥氫氣，防止SiHCl₃與水反應(yīng)，裝置C中的燒瓶需要加熱，使進入燒瓶的液態(tài)SiHCl₃變?yōu)闅怏w，實驗中應(yīng)先通入一定時間H₂排盡裝置中的空氣，防止SiHCl₃水解和自燃，在D裝置中發(fā)生置換反應(yīng)得到Si與HCl，反應(yīng)方程式為：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+3HCl，
故答案為：濃硫酸；使進入燒瓶的液態(tài)SiHCl₃變?yōu)闅怏w；讓H₂排盡裝置中的空氣，防止SiHCl₃水解和自燃；SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+3HCl．

點評 本題考查制備實驗方案的設(shè)計，綜合了氯氣的制法、硅的提純、物質(zhì)的分離提純、對裝置與操作的分析評價等實驗知識，結(jié)合物質(zhì)的性質(zhì)明確原理為解答的關(guān)鍵，題目難度中等．