C60的制备

    用纯石墨作电极,在氦气氛中放电,电弧中产生的烟炱沉积在水冷反应器的内壁上,这种烟炱中存在着C60、C70等碳原子簇的混合物。用萃取法从烟炱中分离提纯富勒烯,将烟炱放入索氏(Soxhlet)提取器中,用甲苯或苯提取,提取液中的主要成分是C60和C70以及少量C84和C78。再用液相色谱分离法对提取液进行分离,就能得到纯净的C60溶液。C60溶液是紫红色的,蒸发掉溶剂就能得到深红色的C60微晶.

 

一氧化碳的制备

1. 实验室制法:
    实验室是用浓H2SO4与甲酸或草酸作用得到:

              HCOOHCO(g) + H2O

              H2C2O4CO(g) + CO2(g) + H2O

    后一反应制得的混合气体通过固体氢氧化物除去CO2可得到纯的CO。
2. 工业制备:
    工业上大量的CO由发生炉煤气和水煤气得到。将有限的空气通过灼烧的碳层产生发生炉煤气,其成分主要是N2、CO和少量H2、CH4和O2

          2C(s) + O2(g)2CO(g)

          C(s) + O2(g)CO2(g)

          C(s) + CO2(g)2CO(g)

    将水蒸气通入红热的炭层,就得到CO和H2的混合气体:

          C(s) + H2O(g)H2(g) + CO(g)

 

 

二氧化碳的制备

1. 实验室制法:
    CO2的实验室制法是用盐酸和大理石(CaCO3)作用:

          CaCO3(s) + 2HClCaCl2 + H2O + CO2

2. 工业制备:
    在工业上可利用煅烧石灰石生产石灰,以及通过酿造工业而得到大量的CO2副产品:

          CaCO3CaO + CO2

          C6H12O62C2H5OH + 2CO2

 

碳酸钠的制备

    经典的Na2CO3制备方法是苏尔维(Solvay)制碱法,此法分两步进行,先将CO2通入含NH3的NaCl饱和溶液中,发生如下反应:

           NaCl + NH3 + CO2 + H2O NaHCO3↓+ NH4Cl

    NaHCO3在水中溶解度较小,析出沉淀。将NaHCO3沉淀煅烧,即可分解制得Na2CO3

          2NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O

    析出NaHCO3后的母液含NH4Cl,加消石灰可使NH4Cl转化为NH3,以循环使用。此法虽有效利用了NH4Cl,但CaCl2作为副产品用途不大,成为废渣:

          2NH4Cl + Ca(OH)2 2NH3 + CaCl2 + 2H2O

    我国著名的化学工程学家侯德榜对此法作了重大改进,它改进的工艺过程是,在除去NaHCO3沉淀的母液中,加入研细的NaCl固体,利用低温下,NH4Cl比NaCl溶解度小的特点,使NH4Cl从母液中析出,成为副产品,NH4Cl可用于电池工业、染料工业和农肥等,析出NH4Cl后的NaCl溶液则可循环使用,其工艺流程如下图。侯德榜制碱工艺流程的重要贡献在于将制碱和制氨联合起来,故侯氏制碱法也称联合制碱法。另外,此工艺流程做到物尽其用,无“三废”排放,是清洁生产、保护环境的典范。

   

 

单质硅的制备

1. 工业制法:
    工业上用焦炭在电炉中将石英砂还原,先得到粗硅:
          SiO2 + 2CSi + 2CO↑
    然后,将粗硅再转变成SiCl4:
          Si + 2Cl2SiCl4
   
用精馏的方法将SiCl4提纯后,再用纯锌或镁还原SiCl4得到较高纯度的单质硅:
          SiCl4 + 2ZnSi + 2ZnCl2
   
最后用物理方法-区域熔融法来进一步提纯,得到高纯度的硅.

 

硅胶的制备

    将适量的Na2SiO3溶液与酸混合,调节用量,使生成的凝胶中含8%~10%的SiO2,将凝胶静置24h,使其老化,然后用热水洗去反应生成的盐,将洗净的凝胶在333K~343K烘干,并徐徐升温到573K活化,即得到多孔性硅胶。若将硅酸凝胶用CoCl2溶液浸泡,则干燥活化后可制得变色硅胶。因为无水COCl2为蓝色,水合COCl2·6H2O为红色,所以根据变色硅胶由蓝变红可以判断硅胶的吸水程度。

 

硅酸钠的制备

1. 实验室制备:
    硅酸钠可由石英砂SiO2与烧碱或纯碱反应来制备:
          SiO2 + 2NaOHNa2SiO3 + H2O
          SiO2 + Na2CO3Na2SiO3 + CO2 
2. 工业制法:
    工业上制备硅酸钠的方法是:将不同比例的Na2CO3和SiO2混合后放在反射炉中锻烧(约1600K).一小时以后,将产物冷却,即得玻璃块状物,它们是组成不同的多种硅酸钠盐,最简单的一种是偏硅酸钠Na2SiO3。煅烧后的产物常因含有铁盐杂质而呈蓝绿色。它溶于水成粘稠溶液,即成商品,俗称“水玻璃”,又名“泡花碱”。其化学组成为Na2O·nSiO2

 

分子筛的制备

    将原料水玻璃、铝酸钠、氢氧化钠和水接一定配比混合均匀,在密封的反应容器中加热,在373K左右加热几个小时后冷却,将产物进行洗涤、过滤、烘干,即得到白色的A型分子筛原粉。根据需要,加入粘合剂和适量的水,混合均匀,挤压成条或滚成球形。

 

甲硅烷的制备

    由于硅不能直接与H2作用,因此甲硅烷的制备是以SiO2为原料先制得金属硅化物,再与酸反应:
          SiO2 + 4MgMg2Si + 2MgO
          Mg2Si + 4HClSiH4 + 2MgCl2 
    这样制得的SiH4不纯,通常含有乙硅烷、丙硅烷等杂质。用强还原剂氢化铝锂LiAlH4还原硅的卤化物,可制得高纯度的SiH4
          SiCl4 + LiAlH4SiH4 + LiCl + AlCl3 
    SiH4被大量地用于制高纯Si。硅的纯度越高,大规模集成电路的性能就越好。

 

四氟化硅的制备

 1) 由氢氟酸与SiO2或氟化物与SiO2作用制备SiF4:
            SiO2 + 4HFSiF4↑+ 2H2O
            SiO2 + 2CaF2 + 2H2SO4SiF4↑+ 2CaSO4↓+ 2H2O

 2) 由于Si-F键能大,Si与F2在常温下就能生成SiF4:
            Si + 2F2SiF4

 

四氯化硅的制备

    SiCl4可由硅直接加热氯化或SiO2与氯一起加热来制备:
            Si + 2Cl2SiCl4
             
SiO2 + 2C + 2Cl2SiCl4 + 2CO↑