Question

【題目】硅是信息產(chǎn)業(yè)、太陽能電池光電轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)材料。鋅還原四氯化硅是一種有著良好應(yīng)用前景的制備硅的方法，該制備過程示意如下：

（1）焦炭在過程Ⅰ中作______劑。

（2）過程Ⅱ中的Cl2用電解飽和食鹽水制備，制備Cl2的化學(xué)方程式是____。

（3）整個制備過程必須嚴格控制無水。

①SiCl4遇水劇烈水解生成SiO2和一種酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式是_____。

②干燥Cl2時，從有利于充分干燥和操作安全的角度考慮，需將約90℃的潮濕氯氣先冷卻至12℃，然后再通入到濃H2SO4中。冷卻的作用是____。

（4）Zn還原SiCl4的反應(yīng)如下：

反應(yīng)1： 400℃～756℃ ，SiCl4(g) + 2Zn(l)Si(s) + 2ZnCl2(l) ΔH1<0

反應(yīng)2： 756℃～907℃ ，SiCl4(g) + 2Zn(l)Si(s) + 2ZnCl2(g) ΔH2<0

反應(yīng)3： 907℃～1410℃，SiCl4(g) + 2Zn(g)Si(s) + 2ZnCl2(g) ΔH3<0

① 對于上述三個反應(yīng)，下列說法合理的是_____。

a．升高溫度會提高SiCl4的轉(zhuǎn)化率 b．還原過程需在無氧的氣氛中進行

c．增大壓強能提高反應(yīng)的速率 d．Na、Mg可以代替Zn還原SiCl4

② 實際制備過程選擇“反應(yīng)3”，選擇的理由是____。

③ 已知Zn(l)=Zn(g) ΔH = +116 KJ/mol 。若SiCl4的轉(zhuǎn)化率均為90%，每投入1mol SiCl4，“反應(yīng)3”比“反應(yīng)2”多放出_____kJ的熱量。

（5）用硅制作太陽能電池時，為減弱光在硅表面的反射，采用化學(xué)腐蝕法在其表面形成粗糙的多孔硅層。腐蝕劑常用稀HNO3和HF的混合液。硅表面首先形成SiO2，最后轉(zhuǎn)化為H2SiF6。用化學(xué)方程式表示SiO2轉(zhuǎn)化為H2SiF6的過程_____。

Answer 1

【答案】還原 2NaCl + 2H2O2NaOH + Cl2↑+ H2↑ SiCl4+ 2H2O = SiO2+ 4HCl 使水蒸氣冷凝，減少進入濃硫酸的水量，保持持續(xù)的吸水性，并降低放出的熱量 b c d 溫度高，反應(yīng)速率快；與前兩個反應(yīng)比較，更易于使硅分離 208．8 SiO2+6HF = H2SiF6+ 2H2O

【解析】

（1）根據(jù)反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)方程式分析焦炭作還原劑。

（2）電解飽和食鹽水制備Cl2的化學(xué)方程式是2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑。

（3）①SiCl4水解生成SiO2和HCl。

②干燥Cl2時，從有利于充分干燥和操作安全的角度考慮冷卻的作用。

（4）① a．分析溫度對平衡的影響； b．鋅和硅容易被氧化；

c．壓強對速率的影響； d．從還原性角度分析

② 對比三個反應(yīng)，從反應(yīng)速率以及狀態(tài)分析。

③ 反應(yīng)熱的計算和蓋斯定律的應(yīng)用。

（5）SiO2和HF反應(yīng)生成H2SiF6。

（1）碳與二氧化硅反應(yīng)方程式為SiO2+2CSi+2CO↑，碳元素在反應(yīng)中化合價升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，碳做還原劑，故填：還原；

（2）電解氯化鈉溶液生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣，方程式為：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑，故填：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑；

（3）①根據(jù)SiCl4遇水劇烈水解生成SiO2和一種酸的信息，反應(yīng)物是SiCl4和水，生成物為二氧化硅，根據(jù)氧原子守恒，水分子前的系數(shù)為2，根據(jù)氫原子和氯原子守恒，另一產(chǎn)物為氯化氫，氯化氫前的系數(shù)為4，化學(xué)反應(yīng)方程式為SiCl4+2H2O═SiO2+4HCl。②潮濕氯氣中含有較多的水蒸氣，先冷卻至12℃，此時使水蒸氣冷凝，然后再通入到濃H2SO4中，進入濃硫酸的水量少了，保證濃硫酸的良好吸水性，水和濃硫酸作用放熱，所以進入硫酸的水少了，能降低放出的熱量，故填：①SiCl4+2H2O═SiO2+4HCl；②使水蒸氣冷凝，減少進入濃硫酸的水量，保持持續(xù)的吸水性，并降低放出的熱量；

（4）①對于三個反應(yīng)，△H＜0，表示都是放熱反應(yīng)，a．升高溫度，平衡向吸熱的方向移動，所以會降低SiCl4的轉(zhuǎn)化率，a錯誤；b．Si遇氧氣在高溫的條件下反應(yīng)生成二氧化硅，所以還原過程需在無氧的氣氛中進行，b正確；c．有氣體參加的反應(yīng)，增大壓強，能加快反應(yīng)的速率，對于三個反應(yīng)，都有氣體參與，所以增大壓強，能提高反應(yīng)的速率，c正確；d．Na、Mg都是還原性比較強的金屬，可以代替Zn還原SiCl4，d正確；故選：bcd；②反應(yīng)2與反應(yīng)1比較，反應(yīng)2產(chǎn)物為固體和氣體比反應(yīng)1更易于分離，反應(yīng)3與反應(yīng)2比較，反應(yīng)物都為氣態(tài)，溫度高，反應(yīng)速率更快，所以實際制備過程選擇“反應(yīng)3”，溫度高反應(yīng)速率快；與前兩個反應(yīng)比較更易于使硅分離，故填：溫度高反應(yīng)速率快；與前兩個反應(yīng)比較更易于使硅分離；③每投入1mol SiCl4，有2molZn參加反應(yīng)，“反應(yīng)3”與“反應(yīng)2”比較，反應(yīng)2中鋅為液態(tài)，根據(jù)Zn（l）═Zn（g）△H=+116KJ/mol，若SiCl4的轉(zhuǎn)化率均為90%，“反應(yīng)3”比“反應(yīng)2”多放出116KJ/mol×2×90%=208．8KJ，故填：208．8；

（5）二氧化硅和氫氟酸反應(yīng)：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O；SiF4+2HF=H2SiF6，所以用稀HNO3和HF的混合液，硅表面首先形成SiO2，最后轉(zhuǎn)化為H2SiF6的化學(xué)方程式為SiO2+6HF═H2SiF6+2H2O，故填：SiO2+6HF═H2SiF6+2H2O。