Question

【題目】高純硅晶體是信息技術的重要材料。

（1）工業上用石英和焦炭可以制得粗硅。已知反應過程的能量變化如下圖

寫出用石英和焦炭制取粗硅的熱化學方程式______________________________。

（2）某同學設計下列流程制備高純硅：

①Y的化學式為____________________。

②寫出反應I的離子方程式________________________________________。

③寫出反應IV的化學方程式________________________________________。

④甲烷分解的溫度遠遠高于硅烷（SiH4），用原子結構解釋其原因______________________。

（3）將粗硅轉化成三氯硅烷（SiHCl3），進一步反應也可以制得粗硅。其反應：SiHCl3(g)+H2(g)Si(s)+3HCl(g)，不同溫度下，SiHCl3的平衡轉化率隨反應物的投料比的變化關系如圖所示。下列說法正確的是__________（填字母）。

A．該反應是放熱反應

B．橫坐標表示的投料比可以是

C．該反應的平衡常數隨溫度升高而增大

D．實際生產中為提高SiHCl3的利用率，可以適當增大壓強

Answer 1

【答案】 SiO2(s)+2C(s)=Si(s)+2CO(g) H=+638.4kJ/mol H2SiO3或H4SiO4 SiO2+2OH-=SiO32-+H2O SiO2+4MgMg2Si+2MgO 周期表中，硅中碳屬于同主族，原子半徑Si大于C，硅元素的非金屬性弱于碳元素，硅烷的熱穩定性弱于甲烷 BC

【解析】（1）①Si(s)+O2(g)==SiO2(g) △H=-859.4kl/mol；②2C(s)+ O2(g)==2CO(g) △H=-221.0kl/mol；由②-①可得石英和焦炭制取粗硅的熱化學方程式：SiO2(s)+2C(s)=Si(s)+2CO(g) H=+638.4kJ/mol；（2）①X為硅酸鈉，則Y為硅酸，可寫成H2SiO3或H4SiO4；②反應I的離子方程式為：SiO2+2OH-=SiO32-+H2O；③鎂與二氧化硅在高溫條件下反應的化學方程式為：SiO2+4MgMg2Si+2MgO；④甲烷分解的溫度遠遠高于硅烷（SiH4）源于碳氫鍵與硅氫鍵的鍵能大小，周期表中，硅、碳屬于同主族，原子半徑Si大于C，硅元素的非金屬性弱于碳元素，碳氫鍵的鍵能大于硅氫鍵的鍵能，硅烷的熱穩定性弱于甲烷。（3）當投料比一定時時（畫等投料比例線），隨溫度升高（T1大于T2大于T3），SiHCl3的平衡轉化率增大，說明正反應是吸熱反應，故A錯誤；增大氫氣的濃度可提高SiHCl3的平衡轉化率，B正確；因正反應是吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動，反應的平衡常數增大，C正確；由于反應前氣體分子數小于反應后氣體分子數，增大壓強，平衡逆向移動，SiHCl3的平衡轉化率降低，D錯誤。答案選BC。