Question

8．晶體硅是一種重要的半導(dǎo)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(zhì)硼、鋁、鐵、磷等均能與氯氣直接反應(yīng)生成相應(yīng)的氯化物．
有關(guān)物質(zhì)物理性質(zhì)：

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

請(qǐng)回答下列問題：
（1）寫出工業(yè)上獲得粗硅的化學(xué)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(hào)）．
（3）用SiCl₄與過量干燥的H₂反應(yīng)制備純硅，為保證制備純硅實(shí)驗(yàn)的成功，除控制好反應(yīng)溫度外，還需確保實(shí)驗(yàn)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(yīng)．

Answer 1

分析 （1）碳能與二氧化硅反應(yīng)生成硅單質(zhì)；
（2）氯氣與粗硅反應(yīng)生成SiCl₄，精餾粗產(chǎn)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(shí)，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(huì)發(fā)生爆炸；

解答 解：由制備四氯化硅的實(shí)驗(yàn)流程可知，A中發(fā)生二氧化錳與濃鹽酸的反應(yīng)生成氯氣，B中飽和實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(yīng)生成硅單質(zhì)，化學(xué)反應(yīng)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(yīng)生成SiCl₄，精餾粗產(chǎn)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(shí)，BCl₃早已成氣體被蒸出，而AlCl₃、FeCl₃、PCl₅升華溫度均低于SiCl₄，所以當(dāng)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(yīng)．

點(diǎn)評(píng) 本題以Si的制取為載體考查化學(xué)實(shí)驗(yàn)，涉及氧化還原反應(yīng)、基本操作、混合物的分離和提純等知識(shí)點(diǎn)，明確反應(yīng)原理是解本題關(guān)鍵，再結(jié)合物質(zhì)的性質(zhì)分析解答，同時(shí)考查學(xué)生思維的縝密性，題目難度不大．