Question

【题目】高纯硅晶体是信息技术的重要材料。

（1）工业上用石英和焦炭可以制得粗硅。已知反应过程的能量变化如下图

写出用石英和焦炭制取粗硅的热化学方程式______________________________。

（2）某同学设计下列流程制备高纯硅：

①Y的化学式为____________________。

②写出反应I的离子方程式________________________________________。

③写出反应IV的化学方程式________________________________________。

④甲烷分解的温度远远高于硅烷（SiH4），用原子结构解释其原因______________________________。

（3）将粗硅转化成三氯硅烷（SiHCl3），进一步反应也可以制得粗硅。其反应：SiHCl3(g)+H2(g) Si(s)+3HCl(g)，不同温度下，SiHCl3的平衡转化率随反应物的投料比的变化关系如图所示。下列说法正确的是__________（填字母）。

A．该反应是放热反应

B．横坐标表示的投料比可以是

C．该反应的平衡常数随温度升高而增大

D．实际生产中为提高SiHCl3的利用率，可以适当增大压强

Answer 1

【答案】 SiO2(s)+2C(s)=Si(s)+2CO(g) H=+638.4kJ/mol H2SiO3或H4SiO4 SiO2+2OH-=SiO32-+H2O SiO2+4MgMg2Si+2MgO 周期表中，硅中碳属于同主族，原子半径Si大于C，硅元素的非金属性弱于碳元素，硅烷的热稳定性弱于甲烷 BC。

【解析】（1）考查热化学反应方程式的计算，根据第一幅图，热化学反应方程式为Si(s)＋O2(g)=SiO2(s) △H=－859.4kJ·mol－1①，第二幅图热化学反应方程式为2C(s)＋O2(g)=2CO(g) △H=－221.0kJ·mol－1②，石英和焦炭反应制备粗硅的反应方程式为SiO2＋2C=2CO＋Si，因此由②－①得出：SiO2(s)+2C(s)=Si(s)+2CO(g) H=+638.4kJ/mol；（2）本题考查化学工艺流程，①砂砾中含有SiO2，与NaOH反应生成Na2SiO3，步骤II：X中加入稀硫酸，发生SiO32－＋2H＋=H2SiO3↓，或SiO32－＋2H＋＋H2O=H4SiO4↓，即Y的化学式为H2SiO3或H4SiO4；②反应I的离子方程式为SiO2＋2OH－=SiO32－＋H2O；③根据流程，发生SiO2+4MgMg2Si+2MgO；④甲烷和硅烷都属于分子晶体，C的原子半径小于Si，也就是C－H键长比Si－H键长短，且碳元素的非金属性强于硅元素，因此硅烷的稳定性弱于甲烷；（3）考查勒夏特列原理和化学平衡常数，A、当投料比相同时，温度越高，三氯硅烷的转化率越大，根据勒夏特列原理，正反应为吸热反应，故A错误；B、如果投料比为n(H2)/n(SiHCl3)，随着投料比的增多，即H2量增加，平衡向正反应方向移动，即三氯硅烷的转化率增大，符合图像，故B正确；C、因为正反应为吸热反应，且化学平衡常数 温度的影响，因此升高温度，平衡向正反应方向移动，即化学平衡常数增大，故C正确；D、根据勒夏特列原理，增大压强，平衡向逆反应方向移动，三氯硅烷的转化率降低，故D错误。