Question

8．晶體硅是一種重要的半導體材料，工業(yè)上晶體硅的制備流程如下：
石英$→_{高溫}^{①}$粗硅$→_{450-500℃}^{②Cl_{2}}$$\stackrel{③精餾}{→}$高純SiCl₄$→_{高溫}^{④H_{2}}$高純硅
在高溫條件下，粗硅中的雜質硼、鋁、鐵、磷等均能與氯氣直接反應生成相應的氯化物．
有關物質物理性質：

物 質	SiCl4	BCl3	AlCl3	FeCl3	PCl5
沸點/℃	57.7	12.8	-	315	-
熔點/℃	-70.0	-107.2	-	-	-
升華溫度/℃	-	-	180	300	162

請回答下列問題：
（1）寫出工業(yè)上獲得粗硅的化學方程式：2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑．
（2）通過精餾（類似多次蒸餾）可得到高純度四氯化硅，精餾后的殘留物中，除鐵元素外可能還含有的元素是Al、P（填寫元素符號）．
（3）用SiCl₄與過量干燥的H₂反應制備純硅，為保證制備純硅實驗的成功，除控制好反應溫度外，還需確保實驗裝置中不能混入空氣，原因是氫氣與氧氣爆炸，硅和氧氣高溫反應．

Answer 1

分析 （1）碳能與二氧化硅反應生成硅單質；
（2）氯氣與粗硅反應生成SiCl₄，精餾粗產品可得高純度四氯化硅，由表中數(shù)據(jù)可以看出，蒸出SiCl₄氣體時，BCl₃早已成氣體被蒸出，而AlCl₃、FeCl₃、PCl₅升華溫度均低于SiCl₄；
（3）Si是親氧元素，防止Si被氧化和氫氣和氧氣的混合氣體會發(fā)生爆炸；

解答 解：由制備四氯化硅的實驗流程可知，A中發(fā)生二氧化錳與濃鹽酸的反應生成氯氣，B中飽和實驗水除去HCl，C裝置中濃硫酸干燥氯氣，D中發(fā)生Si與氯氣的反應生成四氯化硅，由信息可知，E裝置制取氫氣，F(xiàn)可防止倒吸，最后氫氣還原SiCl₄，
（1）碳能與二氧化硅反應生成硅單質，化學反應方程式：2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，故答案為：2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；
（2）氯氣與粗硅反應生成SiCl₄，精餾粗產品可得高純度四氯化硅，由表中數(shù)據(jù)可以看出，蒸出SiCl₄氣體時，BCl₃早已成氣體被蒸出，而AlCl₃、FeCl₃、PCl₅升華溫度均低于SiCl₄，所以當SiCl₄蒸出后，而AlCl₃、FeCl₃、PCl₅還為固體留在瓶里，故答案為：Al、P；
（3）Si是親氧元素，為防止Si被氧化，需要排盡裝置中的空氣，而體系中有氫氣，故答案為：氫氣與氧氣爆炸，硅和氧氣高溫反應．

點評 本題以Si的制取為載體考查化學實驗，涉及氧化還原反應、基本操作、混合物的分離和提純等知識點，明確反應原理是解本題關鍵，再結合物質的性質分析解答，同時考查學生思維的縝密性，題目難度不大．