Question

高純晶體硅是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料．
（1）硅元素位于周期表的

 

周期

 

族，在周期表的以下區(qū)域中，可以找到類似硅的半導(dǎo)體材料的是

 

（填字母序號）．
a．過渡元素區(qū)域
b．金屬和非金屬元素的分界線附近
c．含有氟、氯、硫、磷等元素的區(qū)域
（2）工業(yè)上用石英砂和焦炭可制得粗硅．
已知：（如圖1）

請將以下反應(yīng)的熱化學(xué)方程式補(bǔ)充完整：
SiO₂（s）+2C（s）═Si（s）+2CO（g）△H=

 

（3）粗硅經(jīng)系列反應(yīng)可生成硅烷（SiH₄），硅烷分解生成高純硅．已知硅烷的分解溫度遠(yuǎn)低于甲烷，用原子結(jié)構(gòu)解釋其原因：

 

，Si元素的非金屬性弱于C元素，硅烷的熱穩(wěn)定性弱于甲烷．
（4）將粗硅轉(zhuǎn)化成三氯氫硅（SiHCl₃），進(jìn)一步反應(yīng)也可制得高純硅．
①SiHCl₃中含有的SiCl4、AsCl₃等雜質(zhì)對晶體硅的質(zhì)量有影響．根據(jù)下表數(shù)據(jù)，可用

 

 方法提純SiHCl₃．

物質(zhì)	SiHCl3	SiCl4	AsCl3
沸點(diǎn)/℃	32.0	57.5	131.6

②用SiHCl₃制備高純硅的反應(yīng)為 SiHCl₃ （g）+H₂（g） 

一定條件

 Si（s）+3HCl（g），不同溫度下，SiHCl₃的平衡轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)物的投料比（反應(yīng)初始時(shí)，各反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比）的變化關(guān)系如圖2所示．下列說法正確的是

 

（填字母序號）．
a．該反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度升高而增大
b．橫坐標(biāo)表示的投料比應(yīng)該是

n(SiHCl3)

n(H2)

c．實(shí)際生產(chǎn)中為提高SiHCl₃的利用率，應(yīng)適當(dāng)升高溫度．

Answer 1

考點(diǎn)：元素周期表的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素,硅和二氧化硅

專題：

分析：（1）依據(jù)硅是14號元素分析其位置，依據(jù)元素周期表的遞變規(guī)律尋找半導(dǎo)體材料；
（2）由圖1可得熱化學(xué)方程式：
①Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H1=-859.4kJ?mol^-1
②O₂（g）+2C（s）═2CO（g）△H2=-221.0kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律可知，熱化學(xué)方程式SiO₂（s）+2C（s）═Si（s）+2CO（g）可由②-①得，△H=△H2-△H1=-859.4-（-221.0）kJ?mol^-1=+638.4 kJ?mol^-1；
（3）硅烷的分解溫度遠(yuǎn)低于甲烷的原因?yàn)椋篊和Si最外層電子數(shù)相同（或“是同主族元素”），C原子半徑小于Si（或“C原子電子層數(shù)少于Si”） Si元素的非金屬性弱于C元素，硅烷的熱穩(wěn)定性弱于甲烷；
（4）①根據(jù)各物質(zhì)沸點(diǎn)的不同分離提純物質(zhì)，可用蒸餾（或分餾）法；
②a．因?yàn)殡S著溫度的升高，SiHCl₃的轉(zhuǎn)化率增大，平衡右移，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度升高而增大；
b．增大一種反應(yīng)物的濃度，能提高其它反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，而本身的轉(zhuǎn)化率反而降低，故橫坐標(biāo)表示的投料比應(yīng)該是

n(H2)

n(SiHCl3)

；
c．因?yàn)殡S著溫度的升高，SiHCl₃的轉(zhuǎn)化率增大，平衡右移，故實(shí)際生產(chǎn)中為提高SiHCl₃的利用率，應(yīng)適當(dāng)升高溫度．

解答： 解：（1）Si是14號元素，處于周期表中第三周期第ⅣA 族，元素周期表中，在金屬與非金屬的分界線附近的元素既有金屬的性質(zhì)有非金屬的性質(zhì)，能作半導(dǎo)體材料，故b正確；
故答案為：三；ⅣA； b；
（2）由圖1可得熱化學(xué)方程式：
①Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H1=-859.4kJ?mol^-1
②O₂（g）+2C（s）═2CO（g）△H2=-221.0kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律可知，熱化學(xué)方程式SiO₂（s）+2C（s）═Si（s）+2CO（g）可由②-①得，△H=△H2-△H1=-859.4-（-221.0）kJ?mol^-1=+638.4 kJ?mol^-1，
故答案為：+638.4 kJ?mol^-1；
（3）C和Si最外層電子數(shù)相同（或“是同主族元素”），C原子半徑小于Si（或“C原子電子層數(shù)少于Si”） Si元素的非金屬性弱于C元素，硅烷的熱穩(wěn)定性弱于甲烷，故硅烷的分解溫度遠(yuǎn)低于甲烷，
故答案為：C和Si最外層電子數(shù)相同（或“是同主族元素”），C原子半徑小于Si（或“C原子電子層數(shù)少于Si”） Si元素的非金屬性弱于C元素，硅烷的熱穩(wěn)定性弱于甲烷；
（4）①根據(jù)各物質(zhì)沸點(diǎn)的不同分離提純物質(zhì)，可用蒸餾（或分餾）法，故答案為：蒸餾（或分餾）；
②a．因?yàn)殡S著溫度的升高，SiHCl₃的轉(zhuǎn)化率增大，平衡右移，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度升高而增大，故a正確；
b．增大一種反應(yīng)物的濃度，能提高其它反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，而本身的轉(zhuǎn)化率反而降低，故橫坐標(biāo)表示的投料比應(yīng)該是

n(H2)

n(SiHCl3)

，故b錯(cuò)誤；
c．因?yàn)殡S著溫度的升高，SiHCl₃的轉(zhuǎn)化率增大，平衡右移，故實(shí)際生產(chǎn)中為提高SiHCl₃的利用率，應(yīng)適當(dāng)升高溫度，故c正確；
故選ac．

點(diǎn)評：本題主要考查的是元素周期表的應(yīng)用、蓋斯定律應(yīng)用、化學(xué)平衡常數(shù)和平衡移動(dòng)等，題目難度中等，注意相關(guān)知識的積累．