Question

【題目】硅是最理想的太陽(yáng)能電池材料，高性能晶硅電池是建立在高質(zhì)量晶硅材料基礎(chǔ)上的。工業(yè)上可以用如圖所示的流程制取高純硅。

（1）硅在周期表中的位置是_______________，反應(yīng)1中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為：__________________
（2）粗硅與HCl反應(yīng)完全后,經(jīng)冷凝得到的SiHCl3 (沸點(diǎn)31.8℃)中含有少量SiCl4 (沸點(diǎn)57.6℃)和SiH2Cl2 (沸點(diǎn)8.2℃)、SiH3Cl(沸點(diǎn)-30.4℃)提純SiHCl3采用的方法為__________，整個(gè)過(guò)程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)X是：_____________（填化學(xué)式）

（3）提純粗硅的過(guò)程中必須嚴(yán)格控制無(wú)水無(wú)氧，原因之一是硅的鹵化物極易水解，寫出SiCl4遇水劇烈反應(yīng)的化學(xué)方程式___________________________________

（4）硅在有HNO3存在的條件下，可以與HF生成H2SiF6，同時(shí)有不溶于水的氣體生成，該氣體遇空氣變?yōu)榧t棕色，硅單質(zhì)發(fā)生的化學(xué)方程式為_____________________________________________________

（5）某工廠用100噸純度為75%的石英砂為原料經(jīng)第一步反應(yīng)制得的粗硅中含硅28噸，則該過(guò)程中硅的產(chǎn)率是：__________（精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位）

Answer 1

【答案】 第三周期第IVA族 1:2 蒸餾或分餾 HCl SiCl4+3H2O=H2SiO3↓+4HCl或3SiCl4+4H2O=H3SiO4↓+4HCl 3Si+4HNO3+18HF=3H2SiF6+4NO↑+8H2O 0.80或80.00%

【解析】(1)硅是14號(hào)元素，在周期表中位于第三周期第IVA族，反應(yīng)1為二氧化硅和碳的反應(yīng)：SiO2+3CSiC+2CO，反應(yīng)中氧化劑是二氧化硅和C，還原劑是C，氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為1:2，故答案為：第三周期第IVA族；1:2；

(2)SiHCl3(沸點(diǎn)31.8℃)中含有少量SiCl4(沸點(diǎn)57.6℃)和SiH2Cl2 (沸點(diǎn)8.2℃)、SiH3Cl(沸點(diǎn)-30.4℃)，由于沸點(diǎn)差別較大，可以通過(guò)分餾除去雜質(zhì)；氯化氫與粗硅反應(yīng)生成SiHCl3，SiHCl3與氫氣又反應(yīng)生成硅和氯化氫，氯化氫可以循環(huán)利用，故答案為：分餾；HCl；

(3)提純粗硅的過(guò)程中必須嚴(yán)格控制無(wú)水無(wú)氧，原因之一是硅的鹵化物極易水解，SiCl4遇水劇烈反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiCl4+3H2O=H2SiO3↓+4HCl，故答案為：SiCl4+3H2O=H2SiO3↓+4HCl；

(4)硅在有HNO3存在的條件下，可以與HF生成H2SiF6，同時(shí)有不溶于水的氣體生成，該氣體遇空氣變?yōu)榧t棕色，說(shuō)明生成了一氧化氮，反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Si+4HNO3+18HF=3H2SiF6+4NO↑+8H2O，故答案為：3Si+4HNO3+18HF =3H2SiF6+4NO↑+8H2O；

(5)100噸純度為75%的石英砂中含有二氧化硅的質(zhì)量為75t，其中含有硅元素75t×=35t，經(jīng)第一步反應(yīng)制得的粗硅中含硅28噸，該過(guò)程中硅的產(chǎn)率=×100%=80.00%，故答案為：80.00%。