Question

【題目】光纖通訊是光導(dǎo)纖維傳送信號(hào)的一種通訊手段，合成光導(dǎo)纖維及氮化硅(一種無機(jī)涂層)的工藝流程如下：

回答下列問題：

(1)反應(yīng)I的化學(xué)方程式為2C+SiO2Si+2CO↑，其中還原劑為_______________，產(chǎn)物Si在周期表中位于_______________，該反應(yīng)涉及的副反應(yīng)可能有C+SiO2Si+CO2↑(碳不足)和__________________________________(碳足量)。

(2)經(jīng)反應(yīng)Ⅱ所得的四氯化硅粗品中所含的物質(zhì)如下：

組分名稱	SiCl4	SiHCl3	SiH2Cl2	HCl	BCl3	PCl3
質(zhì)量分?jǐn)?shù)	0.545	0.405	0.0462	0.0003	0.00193	0.00157
沸點(diǎn)/℃	57.6	31.8	8.2	-85	12.5	75.5

圖中“操作X”的名稱為______________________；PCl3的電子式為________________。

(3)反應(yīng)IV的化學(xué)方程式為SiCl4+4NH3Si3N4+12HCl，若向一2L恒容密閉容器中投入1molSiCl4和1molNH3，6min后反應(yīng)完全，則0～6min內(nèi)，HCl的平均反應(yīng)速率為__________mol/(L·min)。反應(yīng)III的與IV產(chǎn)生的氣體相同，則反應(yīng)III化學(xué)方程式為__________________。反應(yīng)III中的原料氣H2和O2在堿性條件下可構(gòu)成燃料電池，其正極反應(yīng)的電極方程式為__________________。

Answer 1

【答案】碳(或C) 第三周期 ⅣA族 3C+SiO2SiC+2CO↑ 精餾(或蒸餾或分餾) 0.25 2H2+O2+SiCl4SiO2+4HCl O2+2H2O+4e-=4OH-

【解析】

(1)根據(jù)還原劑失去電子，元素的化合價(jià)升高；氧化劑獲得電子，元素的化合價(jià)降低判斷；根據(jù)原子核外電子排布與元素在周期表的位置分析；由于元素的非金屬性C>Si，在高溫下可能生成二者的化合物；

(2)得到的氯化物中各種成分的沸點(diǎn)相差較大，可利用蒸餾的方法提純；P原子與3個(gè)Cl形成3對(duì)共用電子對(duì)結(jié)合形成PCl3；

(3)先利用化學(xué)反應(yīng)速率定義式計(jì)算υ(NH3)，然后根據(jù)υ(HCl)與υ(NH3)關(guān)系計(jì)算υ(HCl)；根據(jù)框圖可知反應(yīng)物是SiCl4與H2、O2，生成物是SiO2、HCl，根據(jù)原子守恒、電子守恒書寫反應(yīng)的方程式；原料氣H2和O2在堿性條件下可構(gòu)成燃料電池，通入燃料H2的電極為負(fù)極，通入O2的電極為正極，根據(jù)原電池反應(yīng)原理書寫電極反應(yīng)式。

(1)在反應(yīng)2C+SiO2 Si+2CO↑中C元素的化合價(jià)由反應(yīng)前的C單質(zhì)的0價(jià)變?yōu)榉磻?yīng)后CO中的+2價(jià)，化合價(jià)升高，失去電子，所以C為還原劑；Si是14號(hào)元素，Si原子核外K、L、M層依次排有2、8、4個(gè)電子，因此Si元素在元素周期表中位于第三周期第IVA族；在高溫下，除可能發(fā)生副反應(yīng)C+SiO2 Si+CO2↑外，足量的C與產(chǎn)生的Si再結(jié)合形成SiC，反應(yīng)的方程式為：3C+SiO2SiC+2CO↑；

(2)在用石英砂與焦炭反應(yīng)產(chǎn)生的粗硅中含有Si及一些雜質(zhì)，用氯氣將這些物質(zhì)氧化，得到各種氯化物的液態(tài)混合物，各種成分的沸點(diǎn)相差較大，可利用蒸餾法分離提純得到純凈的SiCl4；P原子最外層有5個(gè)電子，Cl原子最外層有7個(gè)電子，P原子與3個(gè)Cl形成3對(duì)共用電子對(duì)結(jié)合形成PCl3，每個(gè)原子都達(dá)到最外層8個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以其電子式為；

(3)在一個(gè)2L的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)SiCl4+4NH3Si3N4+12HCl，開始時(shí)加入兩種反應(yīng)物的物質(zhì)的量都是1mol，由于SiCl4與NH3以1：4物質(zhì)的量之比參與反應(yīng)，顯然NH3完全反應(yīng)，6min后反應(yīng)完全，氨氣全部反應(yīng)，υ(NH3)=，根據(jù)方程式中氨氣與HCl的計(jì)量數(shù)關(guān)系可知υ(HCl)=3 υ(NH3)=3×=0.25mol/(Lmin)；反應(yīng)IV中產(chǎn)生的氣體為HCl，SiCl4與H2、O2在高溫下反應(yīng)產(chǎn)生SiO2、HCl，反應(yīng)的方程式是2H2+O2+SiCl4SiO2+4HCl；反應(yīng)III中的原料氣H2和O2在堿性條件下可構(gòu)成燃料電池，通入燃料H2的電極為負(fù)極，負(fù)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，通入O2的電極為正極，正極上獲得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，由于電解質(zhì)溶液為堿性，所以正極反應(yīng)的電極方程式為O2+2H2O+4e-=4OH-。