Question

碳、硅元素的单质和化合物的发现及应用，对于推动人类文明具有重要意义．高纯硅是重要的信息材料．
（1）硅元素的原子结构示意图为

 

．
（2）工业生产粗硅的反应有：
SiO₂+2C

3273K  .

Si（粗）+2CO↑
SiO₂+3C

3273K  .

SiC+2CO↑
若参加反应的C和SiO₂的物质的量之比为5：2，则所得产品中单质硅与碳化硅的质量之比为

 

．
（3）工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅：

①若反应A为Si（粗）+3HCl

553～573K  .

SiHCl₃+H₂，则反应B的化学方程式为

 

．
②整个制备过程必须严格控制无水无氧．SiHCl₃遇水剧烈反应生成H₂SiO₃、HCl和另一种物质，则该反应的化学方程式为

 

；H₂还原SiHCl₃过程中若混入O₂，可能引起的后果是

 

（写出1条即可）．
③假设每一轮次制备1mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应A中HCl的利用率为90%，反应B中H₂的利用率为93.75%，则在第二轮次的生产中，补充投入HCl和H₂的物质的量之比约是

 

．

Answer 1

考点：硅和二氧化硅

专题：碳族元素

分析：（1）原子结构示意图中圆内数字为原子的质子数；圆外的弧线为电子层、弧线上的数字为该层上的电子数，据此进行解答；
（2）根据方程式中碳和二氧化硅、硅、碳化硅之间的关系式计算；
（3）①根据反应物、生成物和反应条件写出反应方程式；
②SiHCl₃遇水剧烈反应生成H₂SiO₃、HCl和氢气；氧气与氢气混合，可能引起的后果是可能发生爆炸；
③反应生产1mol纯硅需补充HCl：

3

90%

-3，需补充H₂：

1

93.95%

-1；

解答： 解：（1）硅的原子序数为14，原子核外有3个电子层，最外层电子数为4，则原子结构示意图，
故答案为：；
（2）根据反应方程式生成1mol Si需C 2mol、SiO₂ 1mol，生成1mol SiC需C 3mol，SiO₂ 1mol，设参加两个反应的SiO₂的物质的量分别为X、2-X，
则SiO₂ +2C

3273K  .

Si（粗）+2CO↑   SiO₂ +3C

3273K  .

SiC+2CO↑
  Xmol    2Xmol                     2-Xmol 3（2-X）mol
根据碳守恒：2Xmol+3（2-X）mol=5mol，X=1mol，
则产品中Si与SiC的物质的量之比为1：1，则所得产品中单质硅与碳化硅的质量之比为28：40=7：10，
故答案为：7：10；
（3）①由工艺流程可知，反应Ⅱ是氢气与SiHCl₃反应生成Si（纯）、HCl，反应方程式为：SiHCl₃+H₂

1373～1453K  .

Si（纯）+3HCl，
故答案为：SiHCl₃+H₂

1373～1453K  .

Si（纯）+3HCl；
②SiHCl₃遇水剧烈反应生成H₂SiO₃、HCl和氢气：3SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl，H₂还原SiHCl₃过程中若混入O₂，氧气与氢气混合，可能引起的后果是可能发生爆炸（或SiHCl₃被O₂氧化），
故答案为：3SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl；可能发生爆炸（或SiHCl₃被O₂氧化）；
③反应生产1mol纯硅需补充HCl：

3

90%

-3，需补充H₂：

1

93.95%

-1，补充HCl与H₂的物质的量之比为≈5：1．
故答案为：5：1；

点评：本题考查了硅的制取过程，题目难度中等，依据题干提供的信息结合硅及其化合物的性质是解答的关键，计算是该题的难点，注意双水解时，可生成沉淀和气体．