Question

【題目】高純硅晶體是信息技術的重要材料。

（1）工業(yè)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(shù)隨溫度升高而增大

D．實際生產(chǎn)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(wěn)定性弱于甲烷 BC。

【解析】（1）考查熱化學反應方程式的計算，根據(jù)第一幅圖，熱化學反應方程式為Si(s)＋O2(g)=SiO2(s) △H=－859.4kJ·mol－1①，第二幅圖熱化學反應方程式為2C(s)＋O2(g)=2CO(g) △H=－221.0kJ·mol－1②，石英和焦炭反應制備粗硅的反應方程式為SiO2＋2C=2CO＋Si，因此由②－①得出：SiO2(s)+2C(s)=Si(s)+2CO(g) H=+638.4kJ/mol；（2）本題考查化學工藝流程，①砂礫中含有SiO2，與NaOH反應生成Na2SiO3，步驟II：X中加入稀硫酸，發(fā)生SiO32－＋2H＋=H2SiO3↓，或SiO32－＋2H＋＋H2O=H4SiO4↓，即Y的化學式為H2SiO3或H4SiO4；②反應I的離子方程式為SiO2＋2OH－=SiO32－＋H2O；③根據(jù)流程，發(fā)生SiO2+4MgMg2Si+2MgO；④甲烷和硅烷都屬于分子晶體，C的原子半徑小于Si，也就是C－H鍵長比Si－H鍵長短，且碳元素的非金屬性強于硅元素，因此硅烷的穩(wěn)定性弱于甲烷；（3）考查勒夏特列原理和化學平衡常數(shù)，A、當投料比相同時，溫度越高，三氯硅烷的轉化率越大，根據(jù)勒夏特列原理，正反應為吸熱反應，故A錯誤；B、如果投料比為n(H2)/n(SiHCl3)，隨著投料比的增多，即H2量增加，平衡向正反應方向移動，即三氯硅烷的轉化率增大，符合圖像，故B正確；C、因為正反應為吸熱反應，且化學平衡常數(shù) 溫度的影響，因此升高溫度，平衡向正反應方向移動，即化學平衡常數(shù)增大，故C正確；D、根據(jù)勒夏特列原理，增大壓強，平衡向逆反應方向移動，三氯硅烷的轉化率降低，故D錯誤。