Question

【題目】硅在地殼中的含量較高，硅及其化合物的開發由來已久，在現代生活中有廣泛應用．回答下列問題：

（1）陶瓷、水泥和玻璃是常用的傳統的無機非金屬材料，其中生產普通玻璃的主要原料有____________________。

（2）高純硅是現代信息、半導體和光伏發電等產業都需要的基礎材料．工業上提純硅有多種路線，其中一種工藝流程示意圖及主要反應如圖：

ⅰ鋅還原四氯化硅是一種有著良好應用前景的制備硅的方法，該制備過程示意如下：

① 過程Ⅰ發生反應的化學方程式為______________________(SiO2+3CSiC+2CO↑為副反應）若產品中單質硅與碳化硅的物質的量之比為1：1，則參加反應的C和SiO2的質量之比為________________。

②整個制備過程必須嚴格控制無水。SiCl4遇水劇烈水解生成兩種酸，反應的化學方程式是_________________________。

ⅱ 工業上也可以通過如下圖所示的流程制取純硅：

①有關物質的沸點數據如下表，提純SiHCl3的主要工藝操作依次是沉降、冷凝和_________；SiHCl3極易水解，其完全水解的化學方程式為___________________________。

物質	Si	SiCl4	SiHCl3	SiH2Cl2	SiH3Cl	HCl	SiH4
沸點/℃	2355	57.6	31.8	8.2	﹣30.4	﹣84.9	﹣111.9

② 假設每一輪次制備1mol純硅，且生產過程中硅元素沒有損失，反應I中HCl的利用率為90%，反應II中H2的利用率為93.75%，則在第二輪次的生產中，補充投入HCl 和H2的物質的量之比是___________________。

Answer 1

【答案】 純堿、石英、石灰石 SiO2+2CSi+2CO↑ 1:2 SiCl4+ 3H2O = H2SiO3↓+ 4HCl 蒸餾 SiHCl3+3H2O═H2SiO3↓+H2↑+3HCl↑ 5:1

【解析】(1)工業上生產普通玻璃的主要原料是純堿、石英、石灰石，故答案為：純堿、石英、石灰石；

(2)i. ① 過程Ⅰ中二氧化硅與C在高溫下反應生成硅和一氧化碳，反應的化學方程式為SiO2+2C Si+2CO↑，反應中的副反應為SiO2+3CSiC+2CO↑，若產品中單質硅與碳化硅的物質的量之比為1：1，根據方程式，生成1mol硅和碳化硅，參加反應的C和SiO2的物質的量分別為5mol和2mol，質量之比為5mol×12g/mol：2mol×60g/mol=1:2，故答案為：SiO2+2C Si+2CO↑；1:2；

②SiCl4遇水劇烈水解生成兩種酸，反應的化學方程式為SiCl4 + 3H2O = H2SiO3↓ + 4HCl，故答案為：SiCl4 + 3H2O = H2SiO3↓ + 4HCl；

ⅱ. ①利用沸點的不同提純SiHCl3屬于蒸餾，SiHCl3(沸點31.8℃)中含有少量SiCl4(沸點57.6℃)和HCl(沸點-84.9℃)，由于沸點差別較大，可以通過精餾(或蒸餾)除去雜質；SiHCl3水解反應生成硅酸、氫氣和氯化氫，反應的方程式為：SiHCl3+3H2O═H2SiO3+ H2↑+ 3HCl↑；故答案為：蒸餾；SiHCl3+3H2O═H2SiO3↓+H2↑+3HCl↑；

② 根據①中方程式SiHCl3+3H2O═H2SiO3↓+H2↑+3HCl↑可知，反應生產1mol純硅需補充HCl： -3，需補充H2： -1，補充HCl與H2的物質的量之比為(-3)：(-1)≈5：1，故答案為：5：1。