Question

碳、硅元素的單質(zhì)和化合物的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用，對于推動人類文明具有重要意義．高純硅是重要的信息材料．
（1）硅元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖為

 

．
（2）工業(yè)生產(chǎn)粗硅的反應(yīng)有：
SiO₂+2C

3273K  .

Si（粗）+2CO↑
SiO₂+3C

3273K  .

SiC+2CO↑
若參加反應(yīng)的C和SiO₂的物質(zhì)的量之比為5：2，則所得產(chǎn)品中單質(zhì)硅與碳化硅的質(zhì)量之比為

 

．
（3）工業(yè)上可以通過如圖所示的流程制取純硅：

①若反應(yīng)A為Si（粗）+3HCl

553～573K  .

SiHCl₃+H₂，則反應(yīng)B的化學(xué)方程式為

 

．
②整個制備過程必須嚴格控制無水無氧．SiHCl₃遇水劇烈反應(yīng)生成H₂SiO₃、HCl和另一種物質(zhì)，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

；H₂還原SiHCl₃過程中若混入O₂，可能引起的后果是

 

（寫出1條即可）．
③假設(shè)每一輪次制備1mol純硅，且生產(chǎn)過程中硅元素沒有損失，反應(yīng)A中HCl的利用率為90%，反應(yīng)B中H₂的利用率為93.75%，則在第二輪次的生產(chǎn)中，補充投入HCl和H₂的物質(zhì)的量之比約是

 

．

Answer 1

考點：硅和二氧化硅

專題：碳族元素

分析：（1）原子結(jié)構(gòu)示意圖中圓內(nèi)數(shù)字為原子的質(zhì)子數(shù)；圓外的弧線為電子層、弧線上的數(shù)字為該層上的電子數(shù)，據(jù)此進行解答；
（2）根據(jù)方程式中碳和二氧化硅、硅、碳化硅之間的關(guān)系式計算；
（3）①根據(jù)反應(yīng)物、生成物和反應(yīng)條件寫出反應(yīng)方程式；
②SiHCl₃遇水劇烈反應(yīng)生成H₂SiO₃、HCl和氫氣；氧氣與氫氣混合，可能引起的后果是可能發(fā)生爆炸；
③反應(yīng)生產(chǎn)1mol純硅需補充HCl：

3

90%

-3，需補充H₂：

1

93.95%

-1；

解答： 解：（1）硅的原子序數(shù)為14，原子核外有3個電子層，最外層電子數(shù)為4，則原子結(jié)構(gòu)示意圖，
故答案為：；
（2）根據(jù)反應(yīng)方程式生成1mol Si需C 2mol、SiO₂ 1mol，生成1mol SiC需C 3mol，SiO₂ 1mol，設(shè)參加兩個反應(yīng)的SiO₂的物質(zhì)的量分別為X、2-X，
則SiO₂ +2C

3273K  .

Si（粗）+2CO↑   SiO₂ +3C

3273K  .

SiC+2CO↑
  Xmol    2Xmol                     2-Xmol 3（2-X）mol
根據(jù)碳守恒：2Xmol+3（2-X）mol=5mol，X=1mol，
則產(chǎn)品中Si與SiC的物質(zhì)的量之比為1：1，則所得產(chǎn)品中單質(zhì)硅與碳化硅的質(zhì)量之比為28：40=7：10，
故答案為：7：10；
（3）①由工藝流程可知，反應(yīng)Ⅱ是氫氣與SiHCl₃反應(yīng)生成Si（純）、HCl，反應(yīng)方程式為：SiHCl₃+H₂

1373～1453K  .

Si（純）+3HCl，
故答案為：SiHCl₃+H₂

1373～1453K  .

Si（純）+3HCl；
②SiHCl₃遇水劇烈反應(yīng)生成H₂SiO₃、HCl和氫氣：3SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl，H₂還原SiHCl₃過程中若混入O₂，氧氣與氫氣混合，可能引起的后果是可能發(fā)生爆炸（或SiHCl₃被O₂氧化），
故答案為：3SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl；可能發(fā)生爆炸（或SiHCl₃被O₂氧化）；
③反應(yīng)生產(chǎn)1mol純硅需補充HCl：

3

90%

-3，需補充H₂：

1

93.95%

-1，補充HCl與H₂的物質(zhì)的量之比為≈5：1．
故答案為：5：1；

點評：本題考查了硅的制取過程，題目難度中等，依據(jù)題干提供的信息結(jié)合硅及其化合物的性質(zhì)是解答的關(guān)鍵，計算是該題的難點，注意雙水解時，可生成沉淀和氣體．