Question

【题目】硅是信息产业、太阳能电池光电转化的基础材料。锌还原四氯化硅是一种有着良好应用前景的制备硅的方法，该制备过程示意如下：

（1）焦炭在过程Ⅰ中作______剂。

（2）过程Ⅱ中的Cl2用电解饱和食盐水制备，制备Cl2的化学方程式是____。

（3）整个制备过程必须严格控制无水。

①SiCl4遇水剧烈水解生成SiO2和一种酸，反应的化学方程式是_____。

②干燥Cl2时，从有利于充分干燥和操作安全的角度考虑，需将约90℃的潮湿氯气先冷却至12℃，然后再通入到浓H2SO4中。冷却的作用是____。

（4）Zn还原SiCl4的反应如下：

反应1： 400℃～756℃ ，SiCl4(g) + 2Zn(l)Si(s) + 2ZnCl2(l) ΔH1<0

反应2： 756℃～907℃ ，SiCl4(g) + 2Zn(l)Si(s) + 2ZnCl2(g) ΔH2<0

反应3： 907℃～1410℃，SiCl4(g) + 2Zn(g)Si(s) + 2ZnCl2(g) ΔH3<0

① 对于上述三个反应，下列说法合理的是_____。

a．升高温度会提高SiCl4的转化率 b．还原过程需在无氧的气氛中进行

c．增大压强能提高反应的速率 d．Na、Mg可以代替Zn还原SiCl4

② 实际制备过程选择“反应3”，选择的理由是____。

③ 已知Zn(l)=Zn(g) ΔH = +116 KJ/mol 。若SiCl4的转化率均为90%，每投入1mol SiCl4，“反应3”比“反应2”多放出_____kJ的热量。

（5）用硅制作太阳能电池时，为减弱光在硅表面的反射，采用化学腐蚀法在其表面形成粗糙的多孔硅层。腐蚀剂常用稀HNO3和HF的混合液。硅表面首先形成SiO2，最后转化为H2SiF6。用化学方程式表示SiO2转化为H2SiF6的过程_____。

Answer 1

【答案】还原 2NaCl + 2H2O2NaOH + Cl2↑+ H2↑ SiCl4+ 2H2O = SiO2+ 4HCl 使水蒸气冷凝，减少进入浓硫酸的水量，保持持续的吸水性，并降低放出的热量 b c d 温度高，反应速率快；与前两个反应比较，更易于使硅分离 208．8 SiO2+6HF = H2SiF6+ 2H2O

【解析】

（1）根据反应Ⅰ的化学方程式分析焦炭作还原剂。

（2）电解饱和食盐水制备Cl2的化学方程式是2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑。

（3）①SiCl4水解生成SiO2和HCl。

②干燥Cl2时，从有利于充分干燥和操作安全的角度考虑冷却的作用。

（4）① a．分析温度对平衡的影响； b．锌和硅容易被氧化；

c．压强对速率的影响； d．从还原性角度分析

② 对比三个反应，从反应速率以及状态分析。

③ 反应热的计算和盖斯定律的应用。

（5）SiO2和HF反应生成H2SiF6。

（1）碳与二氧化硅反应方程式为SiO2+2CSi+2CO↑，碳元素在反应中化合价升高，发生氧化反应，碳做还原剂，故填：还原；

（2）电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气，方程式为：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑，故填：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑；

（3）①根据SiCl4遇水剧烈水解生成SiO2和一种酸的信息，反应物是SiCl4和水，生成物为二氧化硅，根据氧原子守恒，水分子前的系数为2，根据氢原子和氯原子守恒，另一产物为氯化氢，氯化氢前的系数为4，化学反应方程式为SiCl4+2H2O═SiO2+4HCl。②潮湿氯气中含有较多的水蒸气，先冷却至12℃，此时使水蒸气冷凝，然后再通入到浓H2SO4中，进入浓硫酸的水量少了，保证浓硫酸的良好吸水性，水和浓硫酸作用放热，所以进入硫酸的水少了，能降低放出的热量，故填：①SiCl4+2H2O═SiO2+4HCl；②使水蒸气冷凝，减少进入浓硫酸的水量，保持持续的吸水性，并降低放出的热量；

（4）①对于三个反应，△H＜0，表示都是放热反应，a．升高温度，平衡向吸热的方向移动，所以会降低SiCl4的转化率，a错误；b．Si遇氧气在高温的条件下反应生成二氧化硅，所以还原过程需在无氧的气氛中进行，b正确；c．有气体参加的反应，增大压强，能加快反应的速率，对于三个反应，都有气体参与，所以增大压强，能提高反应的速率，c正确；d．Na、Mg都是还原性比较强的金属，可以代替Zn还原SiCl4，d正确；故选：bcd；②反应2与反应1比较，反应2产物为固体和气体比反应1更易于分离，反应3与反应2比较，反应物都为气态，温度高，反应速率更快，所以实际制备过程选择“反应3”，温度高反应速率快；与前两个反应比较更易于使硅分离，故填：温度高反应速率快；与前两个反应比较更易于使硅分离；③每投入1mol SiCl4，有2molZn参加反应，“反应3”与“反应2”比较，反应2中锌为液态，根据Zn（l）═Zn（g）△H=+116KJ/mol，若SiCl4的转化率均为90%，“反应3”比“反应2”多放出116KJ/mol×2×90%=208．8KJ，故填：208．8；

（5）二氧化硅和氢氟酸反应：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O；SiF4+2HF=H2SiF6，所以用稀HNO3和HF的混合液，硅表面首先形成SiO2，最后转化为H2SiF6的化学方程式为SiO2+6HF═H2SiF6+2H2O，故填：SiO2+6HF═H2SiF6+2H2O。