02/303/3/專題講座(八)硅單質(zhì)的精制[例1]晶體硅是一種重要的非金屬材料。制備純硅的主要步驟如下：①高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅；②粗硅與干燥的HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si＋3HCleq\o(=,\s\up15(300℃))SiHCl3＋H2；③SiHCl3與過量H2在1000～1100℃反應(yīng)制得純硅。已知SiHCl3能與H2O劇烈反應(yīng)，請回答下列問題：(1)第①步制備粗硅的化學(xué)方程式為______________________。(2)用SiHCl3與過量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如圖所示(熱源及夾持裝置均已略去)：①裝置B中的試劑是________，裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是___________________________________________________。②反應(yīng)一段時間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是________，裝置D不能采用普通玻璃管的原因是________，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________________________________________。③為保證制備純硅實驗的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實驗裝置氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及________。解析：(1)在高溫條件下，用C還原SiO2生成Si和CO。(2)因為由Zn、稀硫酸制得的H2中會混有少量H2O，而SiHCl3能與H2O劇烈反應(yīng)，所以要對H2進行干燥，根據(jù)裝置應(yīng)選擇液態(tài)干燥劑——濃硫酸。裝置C用水浴加熱SiHCl3使其汽化，和H2進入裝置D反應(yīng)，因為SiHCl3與H2在1000～1100℃下反應(yīng)，溫度很高，普通玻璃會軟化，因此不能使用普通玻璃管。因為SiHCl3在空氣中易自燃，實驗中還要注意先通一段時間H2答案：(1)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up15(高溫))Si＋2CO↑(2)①濃硫酸使滴入燒瓶中的SiHCl3汽化②有固體物質(zhì)生成在此反應(yīng)溫度下，普通玻璃會軟化SiHCl3＋H2eq\o(==,\s\up15(1000～1100℃))Si＋3HCl③排盡裝置中的空氣[例2]硅單質(zhì)及其化合物應(yīng)用范圍很廣。請回答下列問題：(1)制備硅半導(dǎo)體材料必須先得到高純硅，三氯甲硅烷(SiHCl3)還原法是當(dāng)前制備高純硅的主要方法，生產(chǎn)過程示意圖如下：①寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學(xué)方程式：______________。②整個制備過程必須嚴(yán)格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出配平的化學(xué)反應(yīng)方程式：______________________________________________________；H2還原SiHCl3過程中若混入O2，可能引起的后果是________。(2)下列有關(guān)硅材料的說法正確的是________(填字母)。A．碳化硅硬度大，可用于生產(chǎn)砂紙、砂輪等B．氮化硅硬度大、熔點高，可用于制作高溫陶瓷和軸承C．高純度的二氧化硅可用于制造高性能通訊材料——光導(dǎo)纖維D．普通玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的，其熔點很高E．鹽酸可以與硅反應(yīng)，故采用鹽酸為拋光液拋光單晶硅解析：(1)①H2還原SiHCl3可制備Si，化學(xué)方程式為SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up15(1357K))Si＋3HCl。②SiHCl3和H2O反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和H2；用H2還原SiHCl3過程中若混入O2，則高溫下H2與O2反應(yīng)發(fā)生爆炸。(2)A項，碳化硅硬度很大，可用于生產(chǎn)砂紙、砂輪等。B項，氮化硅熔點高，硬度大，可用于制作高溫陶瓷和軸承。D項，普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2，是由石英砂(SiO2)、石灰石、純堿高溫下反應(yīng)生成的，化學(xué)方程式為Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up15(高溫))Na2SiO3＋CO2↑，CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up15(高溫))CaSiO3＋CO2↑，但玻璃沒有固定的熔點。E項，Si與HCl不反應(yīng)。答案：(1)①SiHC