单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用炭在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质),粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450~500℃),四氯化

单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用炭在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质),粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450~500℃),四氯化

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单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用炭在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质),粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450~500℃),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。

相关信息:①四氯化硅遇水极易水解;②SiCl4沸点为57.7℃,熔点为-70.0℃。请回答:
(1)写出装置A中发生反应的离子方程式                                          
(2)装置C中的试剂是             ;装置F的作用是                            
装置E中的h瓶需要冷却的理由是                                            
(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅,精馏后的残留物中含有铁元素,为了分析残留物中铁元素的含量,先将残留物预处理,使铁元素还原成Fe2,再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定。
①反应的离子方程式:                                                       
②滴定前是否要滴加指示剂?    (填“是”或“否”),请说明理由                  
③滴定前检验Fe3是否被完全还原的实验操作是                                 
答案
(1)MnO2+4H++2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2O(2分)
(2)浓硫酸(2分);
防止空气中的水进入H中;产物SiCl4沸点低,需要冷凝收集(2分)
(3)①5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O(2分)
②否;KMnO4溶液的紫红色可指示反应终点;(2分)
③取少量还原后的溶液于试管中,滴加KSCN溶液,若不出现血红色,表明Fe3+已完全还原(2分)
解析

试题分析:(1)装置A为制取氯气的装置,所以发生的离子反应方程式为MnO2+4H++2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2O;
(2)装置B为除去氯气中的氯化氢,所以装置C中的试剂是浓硫酸,干燥氯气;四氯化硅遇水易水解,所以装置F的作用是防止空气中的水进入H中;产物SiCl4沸点低,需要冷凝收集,所以h瓶需要冷却;
(3)①亚铁离子与酸性高锰酸钾反应被氧化成铁离子,高锰酸钾被还原成锰离子,离子方程式为5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O;
②滴定前不用加任何指示剂,因为高锰酸钾溶液本身为紫红色溶液,可用高锰酸钾溶液的颜色判断反应终点;
③Fe3+的检验通常用KSCN溶液,取少量还原后的溶液于试管中,滴加KSCN溶液,若不出现血红色,表明Fe3+已完全还原。
举一反三
下列化学物质在实际生产生活和科技等方面的应用不正确的是
A.测定NaOH熔点时,可以将NaOH放入石英坩埚中高温加热
B.石英砂可以用于制取高纯度的硅,硅是将太阳能转化为电能的常用材料
C.因为氨易液化,液氨在气化时会吸收大量的热量,所以液氨可作制冷剂
D.硫酸和硝酸都是重要的工业原料,工业上可用于制化肥、农药和炸药

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(15分)高纯晶体硅是信息技术的关键材料。
(1)硅元素位于周期表的______周期______族。下面有关硅材料的说法中正确的是__________(填字母)。
A.碳化硅化学性质稳定,可用于生产耐高温水泥
B.氮化硅硬度大、熔点高,可用于制作高温陶瓷和轴承
C.高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料———光导纤维
D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的,故在玻璃尖口点燃H2时出现黄色火焰
E.盐酸可以与硅反应,故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
(2)工业上用石英砂和焦炭可制得粗硅。
已知:

请将以下反应的热化学方程式补充完整:
SiO2(s) + 2C(s) ="==" Si(s) + 2CO(g)   △H = ________
(3)粗硅经系列反应可生成硅烷(SiH4),硅烷分解生成高纯硅。已知硅烷的分解温度远低于甲烷,用原子结构解释其原因:_________,Si元素的非金属性弱于C元素,硅烷的热稳定性弱于甲烷。
(4)将粗硅转化成三氯氢硅(SiHCl3),进一步反应也可制得高纯硅。
①SiHCl3中含有的SiCl4、AsCl3等杂质对晶体硅的质量有影响。根据下表数据,可用________ 方法提纯SiHCl3
物质
SiHCl3
SiCl4
AsCl3
沸点/℃
32.0
57.5
131.6
②用SiHCl3制备高纯硅的反应为SiHCl3(g) +H2(g) Si(s) + 3HCl(g), 不同温度下,SiHCl3的平衡转化率随反应物的投料比(反应初始时,各反应物的物质的量之比)的变化关系如右图所示。下列说法正确的是________(填字母序号)。

a.该反应的平衡常数随温度升高而增大
b.横坐标表示的投料比应该是
c.实际生产中为提高SiHCl3的利用率,应适当升高温度
③整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质,写出配平的化学反应方程式:____________________。
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下列说法不正确的是
A.氢氟酸能和玻璃的成分SiO2发生化学反应
B.根据SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑的反应,可推知硅酸的酸性比碳酸强
C.CO2气体通入到Na2SiO3溶液中可以制得硅酸
D.原硅酸不稳定,易失去水分子成为硅酸

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将过量的CO2分别通入到下列溶液中,最终溶液中有白色沉淀析出的是
①CaCl2溶液;②Na2SiO3溶液;③Ca(OH)2溶液;④饱和Na2CO3溶液
A.①②③④B.②③C.①②③D.②④

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硅是重要的半导体材料,构成了现代电子工业的基础。回答下列问题:
(1)基态Si原子中,电子占据的最高能层符号       ,该能层具有的原子轨道数为      、电子数为         
(2)硅主要以硅酸盐、       等化合物的形式存在于地壳中。
(3)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体,其中原子与原子之间以        相结合,其晶胞中共有8个原子,其中在面心位置贡献       个原子。
(4)单质硅可通过甲硅烷(SiH4)分解反应来制备。工业上采用Mg2Si和NH4CI在液氨介质中反应制得SiH4,该反应的化学方程式为              
(5)碳和硅的有关化学键键能如下所示,简要分析和解释下列有关事实:
化学键
C-C
C-H
C-O
Si-Si
Si-H
Si-O
键能(KJ/mol)
356
413
336
226
318
452
①硅与碳同族,也有系列氢化物,但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多,原因是                
②SiH4的稳定性小于CH4,更易生成氧化物,原因是                       
(6)在硅酸盐中,SiO44四面体(如下图a)通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图b为一种无限长单链结构的多硅酸根;其中Si原子的杂化形式为            。Si与O的原子数之比为       化学式为   

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