Question

2．硅是微電子工業(yè)和太陽能發(fā)電的基礎材料，獲得高純硅的方法很多．
（1）目前已工業(yè)化進行的方法是由液氨存在下用NH₄Cl與Mg₂Si 反應可制取SiH₄，該反應的化學方程式為Mg₂Si+4NH₄Cl=SiH₄+2MgCl₂+4NH₃，硅烷再分解即可得高純硅．
（2）2003年Toshiyuki Nohira等人采用CaCl₂為熔鹽體系，用石墨作陽極，采用圖1特制的陰極，由SiO₂直接電解制得純硅，總反應方程式為：SiO₂ $\frac{\underline{\;\;\;\;\;\;\;電解\;\;\;\;\;\;\;}}{熔融CaCl_{2}}$ Si+2O₂↑則陰極的電極反應式為SiO₂+4e^-=Si+2O^2-；陽極石墨塊除作為電極外，另一作用是將陽極生成的O₂轉變?yōu)镃O₂、CO．

（3）西門子生產高純硅關鍵工藝之一是SiCl₄氫化為SiHCl₃，原理為：SiCl₄（g）+H₂（g）?SiHCl₃（g）+HCl（g）△H．反應的分壓常數（平衡分壓p代替平衡濃度c，分壓=總壓×物質的量分數）與溫度的關系如圖2．
①該反應為△H＞0（選填：“＞”“＜”“=”）
②平衡常數Kp=$\frac{P（SiHC{l}_{3}）•P（HCl）}{P（CC{l}_{4}）•P（{H}_{2}）}$．
③提高SiCl₄轉化為SiHCl₃的轉化率除可改變溫度外，還可以采取的措施是提高n（H₂）/n（SiCl₄）投料比．
④該工藝是在無水條件下進行的，以避免發(fā)生：SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+3HCl+H₂↑，該反應中每水解1molSiHCl₃，轉移電子的物質的量為2mol．

Answer 1

分析 （1）反應物為NH₄Cl、Mg₂Si，生成物有SiH₄，根據原子守恒產物還有MgCl₂、NH₃；
（2）電解池陽極上失電子發(fā)生氧化反應，陰極上得到電子發(fā)生還原反應，陽極石墨塊除作為電極外，還將陽極生成的O₂轉變?yōu)镃O₂、CO；
（3）①根據圖2可知：反應的分壓常數（平衡分壓p代替平衡濃度c），隨著溫度的升高而變大，所以升高溫度平衡正向移動；
②化學平衡常數為生成物濃度系數次冪的乘積與反應物濃度系數次冪乘積的比值；
③根據外界條件對平衡的影響分析；
④該反應中每水解1molSiHCl₃，生成1mol氫氣，轉移2mol電子．

解答 解：（1）由液氨存在下用NH₄Cl與Mg₂Si 反應，生成物有SiH₄，硅化合價不變，根據原子守恒所以產物還有MgCl₂、NH₃，反應為Mg₂Si+4NH₄Cl=SiH₄+2MgCl₂+4NH₃，
故答案為：Mg₂Si+4NH₄Cl=SiH₄+2MgCl₂+4NH₃；
（2）電解時，陰極上得電子發(fā)生還原反應，根據SiO₂ $\frac{\underline{\;\;\;\;\;\;\;電解\;\;\;\;\;\;\;}}{熔融CaCl_{2}}$ Si+O₂↑，可知陰極發(fā)生：SiO₂+4e^-=Si+2O^2-，陽極發(fā)生：2O^2--4e^-=O₂↑，陽極石墨塊除作為電極外，碳和氧氣反應生成CO₂、CO，將陽極生成的O₂轉變?yōu)镃O₂、CO，
故答案為：SiO₂+4e^-=Si+2O^2-；將陽極生成的O₂轉變?yōu)镃O₂、CO；
（3）①根據圖2可知：隨著溫度的升高而變大，反應的分壓常數增大，說明升高溫度，產物增多，所以正反應為吸熱反應，△H＞0，
故答案為：＞
②因平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，所以SiCl₄（g）+H₂（g）?SiHCl₃（g）+HCl（g）平衡常數Kp=$\frac{P（SiHC{l}_{3}）•P（HCl）}{P（CC{l}_{4}）•P（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{P（SiHC{l}_{3}）•P（HCl）}{P（CC{l}_{4}）•P（{H}_{2}）}$；
③升高溫度或增大氫氣與SiHCl₃的物質的量之比或增大氫氣濃度，可提高SiCl₄轉化為SiHCl₃的轉化率，
故答案為：提高n（H₂）/n（SiCl₄）投料比；     
④SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+3HCl+H₂↑，化合價變化為Si（+2→+4），H（+1→0），每水解1molSiHCl₃，生成1mol氫氣，轉移2mol電子，
故答案為：2mol．

點評 本題考查了電解原理、化學平衡有關知識，考查學生分析和解決問題的能力，當電極為惰性電極時，陽極上陰離子放電，陰極上陽離子放電，再結合物質的顏色來分析解答，注意外界條件對平衡的影響，題目難度中等．