Question

清洗和制絨是硅晶片制作的重要步驟之一，硅片化學清洗的主要目的是除去硅片表面雜質（如某些有機物，無機鹽，金屬、Si、SiO₂粉塵等）。常用的化學清洗劑有高純水、有機溶劑、雙氧水、濃酸、強堿等。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至數分鐘。制絨是在硅片表面形成金字塔形的絨面，增加硅對太陽光的吸收。單晶制絨通常用NaOH、Na₂SiO₃等混合溶液在75～90℃反應25～35 min，效果良好。回答下列問題

Ⅰ.（1）寫出晶片制絨反應的離子方程式               ，對單晶制絨1990年化學家Seidel提出了一種的電化學模型，他指出Si與NaOH溶液的反應，首先是Si與OH^一反應，生成SiO₄^4一，然后SiO₄^4一迅速水解生成H₄SiO₄。基于此原理分析反應中氧化劑為                   。

（2）本校化學興趣小組同學，為驗證Seidel的理論是否正確，完成以下實驗：

	實驗事實
事實一	水蒸汽在600℃時可使粉末狀硅緩慢氧化并放出氫氣。
事實二	盛放于鉑或石英器皿中的純水長時間對粉末狀還原硅無腐蝕作用。
事實三	普通玻璃器皿中的水僅因含有從玻璃中溶出的微量的堿便可使粉末狀硅在其中緩慢溶解。
事實四	在野外環境里，用較高百分比的硅鐵粉與干燥的Ca(OH)2和NaOH，點著后燜燒，可劇烈放出H2。
事實五	1g（0.036mo1）Si和20mL含有lgNaOH（0.025mol）的溶液，小心加熱（稍微預熱），收集到約1700mL H2，很接近理論值（1600mL）。

結論：從實驗上說明堿性水溶液條件下，H₂O可作                劑；NaOH作_____             劑，降低反應             。高溫無水環境下，NaOH作               劑。

Ⅱ.在工業中利用鎂制取硅：2Mg＋SiO₂2MgO＋Si，同時有副反應發生：2Mg＋SiMg₂Si，Mg₂Si遇鹽酸迅速反應生成SiH₄(硅烷)，SiH₄在常溫下是一種不穩定、易分解的氣體。如圖是進行Mg與SiO₂反應的實驗裝置：

由于氧氣的存在對該實驗有較大影響，實驗中應通入氣體X作為保護氣，試管中的固體藥品可選用________(填序號)。        a．石灰石　　　b．鋅粒　　　c．純堿

（4）實驗開始時，必須先通入X氣體，再加熱反應物，其理由是______________________________，當反應開始后，移走酒精燈反應能繼續進行，其原因是___________________________。

（5）反應結束后，待冷卻至常溫時，往反應后的混合物中加入稀鹽酸。可觀察到閃亮的火星，產生此現象的原因用化學方程式表示為_______________________________________。

 

Answer 1

【答案】

（1）Si+2OH^一+H₂O=SiO₃^2-+2H₂↑；NaOH （2）氧化   催化   活化能    氧化    

（3）b　（4）讓氫氣排盡裝置內的空氣，避免空氣中的成分對實驗的影響　該反應為放熱反應，可利用自身放出的熱量維持反應進行　（5）①Mg₂Si＋4HCl=2MgCl₂＋SiH₄↑　②SiH₄＋2O₂=SiO₂↓＋2H₂O。

【解析】

試題分析：（1）晶片制絨反應的離子方程式Si+2OH^一+H₂O=SiO₃^2-+2H₂↑；在該反應中氧化劑為NaOH。（2）堿性水溶液條件下，H₂O可作氧化劑，NaOH作催化劑降低反應活化能；高溫無水環境下，NaOH作氧化劑。（3）由于氧氣的存在對該實驗有較大影響，實驗中應通入還原性氣體X作為保護氣，試管中的固體藥品可選用鋅粒，是其發生反應產生H₂，為反應的順利進行創造有利的條件。選項為b . （4）實驗開始時，必須先通入X氣體，再加熱反應物，是為了讓氫氣排盡裝置內的空氣，避免空氣中的成分對實驗的影響　該反應為放熱反應，可利用自身放出的熱量維持反應進行。（5） 反應結束后，待冷卻至常溫時，往反應后的混合物中加入稀鹽酸。可觀察到閃亮的火星，產生此現象的原因是①Mg₂Si＋4HCl=2MgCl₂＋SiH₄↑　②SiH₄＋2O₂=SiO₂↓＋2H₂O

考點：考查硅晶片制作過程的清洗、制絨等的化學反應原理的知識。