Question

(15分)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。下面有關(guān)硅材料的說法中正確的是__________(填字母)。

A．碳化硅化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,可用于生產(chǎn)耐高溫水泥

B．氮化硅硬度大、熔點(diǎn)高,可用于制作高溫陶瓷和軸承

C．高純度的二氧化硅可用于制造高性能通訊材料———光導(dǎo)纖維

D．普通玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的，故在玻璃尖口點(diǎn)燃H2時(shí)出現(xiàn)黃色火焰

E．鹽酸可以與硅反應(yīng),故采用鹽酸為拋光液拋光單晶硅
（2）工業(yè)上用石英砂和焦炭可制得粗硅。
已知：

請(qǐng)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(duì)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) 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)系如右圖所示。下列說法正確的是________(填字母序號(hào))。

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
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
③整個(gè)制備過程必須嚴(yán)格控制無水無氧。SiHCl₃遇水劇烈反應(yīng)生成H₂SiO₃、HCl和另一種物質(zhì)，寫出配平的化學(xué)反應(yīng)方程式：____________________。

Answer 1

（1）3(1分)   ⅣA (1分)    BCD(2分)
（2）+638.4 kJ·mol^－1(2分) (單位寫錯(cuò)扣1分)
（3）C和Si最外層電子數(shù)相同(或“是同主族元素”) (2分)，C原子半徑小于Si(或“C原子電子層數(shù)少于Si”) (2分)
（4）①蒸餾(或分餾) (1分)    ②a、c(2分)
③SiHCl₃+3H₂O===H₂SiO₃↓+H₂↑+3HCl↑(2分)

試題分析：（1） 硅元素位于周期表的3周期ⅣA族。碳化硅化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可耐高溫，但不可能做水泥，A錯(cuò)；鹽酸不能與硅反應(yīng)，應(yīng)采用氫氟酸為拋光液拋光單晶硅，E錯(cuò)。
（2）根據(jù)兩個(gè)反應(yīng)過程能量變化圖像可知：Si(s) + O₂(s) ="==" SiO₂(s)  △H=-859.4kJ·mol^－1
2C(s) + O₂(s)===2CO(g)   △H =-221.0kJ·mol^－1
用第二個(gè)方程式減去第一個(gè)方程式得出所需反應(yīng)，可以計(jì)算出△H =+638.4 kJ·mol^－1。
（3） 硅烷的分解溫度遠(yuǎn)低于甲烷，是因?yàn)镃和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”)
（4）①SiHCl₃中含有的SiCl₄、AsCl₃等雜質(zhì)，而SiHCl₃沸點(diǎn)最低，可采用蒸餾(或分餾)提純；②a項(xiàng)中，因?yàn)榉磻?yīng)投料比相同時(shí)，溫度越高，SiHCl₃的轉(zhuǎn)化率越大，說明正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，故該反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度升高而增大；b項(xiàng)中，反應(yīng)投料比最大，同一溫度曲線，SiHCl₃的轉(zhuǎn)化率越大，只有加入H₂的量才能實(shí)現(xiàn)，說明橫坐標(biāo)表示的投料比應(yīng)該是；c項(xiàng)中，SiHCl₃沸點(diǎn)低，實(shí)際生產(chǎn)中為提高SiHCl₃的利用率，應(yīng)適當(dāng)升高溫度。
③根據(jù)質(zhì)量守恒定律，可確定產(chǎn)物中H元素不守恒，即添加H₂，有SiHCl₃+3H₂O="==" H₂SiO₃↓+H₂↑+3HCl↑