Question

【題目】清洗和制絨是硅晶片制作的重要步驟之一，硅片化學(xué)清洗的主要目的是除去硅片表面雜質(zhì)（如某些有機(jī)物，無機(jī)鹽，金屬、Si、SiO2粉塵等）。常用的化學(xué)清洗劑有高純水、有機(jī)溶劑、雙氧水、濃酸、強(qiáng)堿等。其中去除硅的氧化物，通常用一定濃度的HF溶液，室溫條件下將硅片浸泡1至數(shù)分鐘。制絨是在硅片表面形成金字塔形的絨面，增加硅對(duì)太陽(yáng)光的吸收。單晶制絨通常用NaOH、Na2SiO3等混合溶液在75～90℃反應(yīng)25～35 min，效果良好。回答下列問題

Ⅰ.（1）寫出晶片制絨反應(yīng)的離子方程式__________，對(duì)單晶制絨1990年化學(xué)家Seidel提出了一種的電化學(xué)模型，他指出Si與NaOH溶液的反應(yīng)，首先是Si與OH一反應(yīng)，生成SiO44一，然后SiO44一迅速水解生成H4SiO4。基于此原理分析反應(yīng)中氧化劑為_______。

Ⅱ.在工業(yè)中利用鎂制取硅：2Mg＋SiO22MgO＋Si，同時(shí)有副反應(yīng)發(fā)生：2Mg＋SiMg2Si，Mg2Si遇鹽酸迅速反應(yīng)生成SiH4(硅烷)，SiH4在常溫下是一種不穩(wěn)定、易分解的氣體。如圖是進(jìn)行Mg與SiO2反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置：

（2）由于氧氣的存在對(duì)該實(shí)驗(yàn)有較大影響，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)通入氣體X作為保護(hù)氣，試管中的固體藥品可選用________(填序號(hào))。

a．Na2SO3　 　　b．鋅粒　　 　c．純堿

（3）實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，必須先通入X氣體，再加熱反應(yīng)物，其理由是________，當(dāng)反應(yīng)開始后，移走酒精燈反應(yīng)能繼續(xù)進(jìn)行，其原因是____________。

Answer 1

【答案】Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2↑ NaOH b 讓氫氣排盡裝置內(nèi)的空氣，避免空氣中的成分對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，可以利用自身放出的熱量維持反應(yīng)進(jìn)行

【解析】

鎂為活潑金屬，在空氣中點(diǎn)燃可以和氧氣或二氧化碳或水反應(yīng)，在工業(yè)上利用鎂制取硅，需要排盡裝置中的空氣，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)通入氣體X作為保護(hù)氣，X有稀硫酸制得，根據(jù)題干信息分析，用鋅和稀硫酸制得的氫氣排盡裝置中的空氣，氫氣和空氣的混合氣體燃燒后會(huì)發(fā)生爆炸，所以反應(yīng)開始前應(yīng)先通入氫氣排盡裝置中的空氣，X為氫氣，用濃硫酸干燥，當(dāng)反應(yīng)開始后，移走酒精燈反應(yīng)能繼續(xù)進(jìn)行，說明反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

（1）硅單質(zhì)和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成硅酸鈉和氣氫氣，反應(yīng)的離子方程式為：Si+2OH- +H2O=SiO32-+2H2↑，在反應(yīng)中，氫氧根離子中的氫得到電子生成氫氣，則在反應(yīng)中氧化劑應(yīng)該是NaOH；

（2）鎂可以和二氧化碳反應(yīng)生成氧化鎂和碳，鎂和氫氣不反應(yīng)，因此用氫氣做保護(hù)氣，選用的藥品為稀硫酸和鋅粒，再用濃硫酸干燥，所以試管中的固體藥品為鋅粒。裝置中有空氣，若不用氫氣排除，氫氣和氧氣的混合氣體點(diǎn)燃會(huì)爆炸，所以開始前用氫氣排除裝置中的空氣，鎂和二氧化硅的反應(yīng)為加熱，停止加熱后，反應(yīng)的條件由反應(yīng)放出的熱量維持。