Question

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：

①工業上用石英砂和焦炭在電弧爐中高溫加熱到1600℃-1800℃除生成粗硅外，也可以生產碳化硅，則在電弧爐內可能發生的反應的化學方程式為

 

．
②在流化床反應的產物中，SiHCl₃大約占85%，還有SiCl₄、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl等，粗硅生成SiHCl₃的化學反應方程式

 

．
（3）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，其完全水解的產物為

 

．

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

（4）還原爐中發生的化學反應為：

 

．
（5）氯堿工業可為上述工藝生產提供部分原料，這些原料是

 

．

Answer 1

分析：（1）生產普通玻璃的原料是純堿、石英、石灰石；  
（2）①石英砂主要成分為二氧化硅，粗硅提純是利用碳做還原劑還原二氧化硅為單質硅，二氧化硅和碳在高溫的條件下反應生成碳化硅和一氧化碳；
②粗硅與干燥HCl氣體反應制得SiHCl₃（常溫下為液態，易揮發）；
（3）根據題中數據，采用精餾（或蒸餾）方法提純SiHCl₃；SiHCl₃水解生成硅酸、氫氣和氯化氫；
（4）還原爐中SiHCl₃和氫氣發生反應生成硅和氯化氫；
（5）電解飽和食鹽水稱為氯堿工業，結合上述工藝流程解答．

解答：解：（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）①石英砂的主要成分是二氧化硅，制備粗硅發生置換反應，SiO₂+2C

高溫  .

Si+2CO↑，同時，在反應中，也可能生成碳化硅，反應為：SiO₂+2C

高溫  .

Si+2CO↑，SiO₂+3C

高溫  .

SiC+2CO↑，
故答案為：SiO₂+2C

高溫  .

Si+2CO↑，SiO₂+3C

高溫  .

SiC+2CO↑；
②粗硅與干燥HCl氣體反應Si+3HCl

高溫  .

SiHCl₃+H₂，故答案為：Si+3HCl

高溫  .

SiHCl₃+H₂；
（3）利用沸點的不同提純SiHCl₃屬于蒸餾，SiHCl₃（沸點33.0℃）中含有少量SiCl₄（沸點57.6℃）和HCl（沸點-84.7℃），由于沸點差別較大，可以通過精餾（或蒸餾）除去雜質；SiHCl₃水解反應方程式為：SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl↑，生成硅酸、氫氣和氯化氫，
故答案為：故答案為：精餾（或蒸餾）；H₄SiO₄（或H₂SiO₃）、H₂、HCl；
（4）還原爐中SiHCl₃和氫氣發生反應制得純硅，SiHCl₃+H₂

高溫  .

Si+3HCl，
故答案為：SiHCl₃+H₂

高溫  .

Si+3HCl；
（5）氯堿工業主要反應為電解飽和食鹽水：2NaCl+2H₂O

通電  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，為該化學工藝提供H₂、HCl，故答案為：H₂、HCl．

點評：本題考查了實驗方案設計的有關知識，側重考查了硅及其化合物的有關知識，注意粗硅的提純反應原理，題目難度中等．