Question

【題目】高純晶體硅是信息技術的關鍵材料。

（1）硅元素位于周期表的__________周期_________族。下面有關硅材料的說法中正確的是________(填字母)。

A.碳化硅化學性質(zhì)穩(wěn)定，可用于生產(chǎn)耐高溫水泥

B.氮化硅硬度大、熔點高，可用于制作高溫陶瓷和軸承

C.高純度的二氧化硅可用于制造高性能通訊材料光導纖維

D.普通玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的，故在玻璃尖口點燃H2時出現(xiàn)黃色火焰

E. 鹽酸可以與硅反應，故采用鹽酸為拋光液拋光單晶硅

（2）工業(yè)上用石英砂和焦炭可制得粗硅。

已知：

請將以下反應的熱化學方程式補充完整：SiO2(s)+2C(s)═Si(s)+2CO(g) △H=_____________

（3）粗硅經(jīng)系列反應可生成硅烷(SiH4)，硅烷分解生成高純硅．已知硅烷的分解溫度遠低于甲烷，用原子結(jié)構(gòu)解釋其原因：________________________________，Si元素的非金屬性弱于C元素，硅烷的熱穩(wěn)定性弱于甲烷。

（4）將粗硅轉(zhuǎn)化成三氯氫硅(SiHCl3)，進一步反應也可制得高純硅。

①SiHCl3中含有的SiCl4、AsCl3等雜質(zhì)對晶體硅的質(zhì)量有影響．根據(jù)下表數(shù)據(jù)，可用_________________方法提純SiHCl3。

物質(zhì)	SiHCl3	SiCl4	AsCl3
沸點/℃	32.0	57.5	131.6

②用SiHCl3制備高純硅的反應為SiHCl3(g)+H2(g) Si(s)+3HCl(g)，不同溫度下，SiHCl3的平衡轉(zhuǎn)化率隨反應物的投料比（反應初始時，各反應物的物質(zhì)的量之比）的變化關系如圖所示。下列說法正確的是_____________________（填字母序號）。

a.該反應的平衡常數(shù)隨溫度升高而增大

b.橫坐標表示的投料比應該是

C.實際生產(chǎn)中為提高SiHCl3的利用率，應適當升高溫度

③整個制備過程必須嚴格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應生成H2SiO3、HC1和另一種物質(zhì)，寫出配平的化學反應方程式：____________________________________。

Answer 1

【答案】 3 ⅣA BCD +638.4kJ·mol-1 C和Si最外層電子數(shù)相同（或“是同主族元素”）， C原子半徑小于Si（或“C原子電子層數(shù)少于Si”） 蒸餾（或分餾） a、c SiHCl3+3H2O===H2SiO3↓+H2↑+3HC1↑

【解析】（1）硅元素三個電子層，最外層4個電子，位于周期表的第三周期ⅣA族；

A、碳化硅屬于原子晶體，化學性質(zhì)穩(wěn)定且熔點較高，但不可用于生產(chǎn)耐高溫水泥，故A錯誤；B、氮化硅陶瓷是新型無機非金屬材料之一，氮化硅硬度大、熔點高，可用于制作高溫陶瓷和軸承，故B正確；C、光導纖維是高純度的二氧化硅可用于制造高性能通訊材料，故C正確；D、普通玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的，含有鈉元素，在玻璃尖口點燃H2時出現(xiàn)黃色火焰，故D正確；E、鹽酸不與硅反應，硅和氫氟酸反應，采用的是氫氟酸為拋光液拋光單晶硅，故E錯誤。

故答案為：3；ⅣA；BCD；

（2）根據(jù)兩個反應過程能量變化圖象可知：Si(s)+O2(s)=SiO2(s)△H=-859.4kJmol-1
2C(s)+O2(s)=2CO(g)△H=-221.0kJmol-1，用第二個方程式減去第一個方程式得出所需反應，SiO2(s)+2C(s)=Si(s)+2CO(g)△H=+638.4 kJmol-1，得到△H=+638.4kJmol-1，

故答案為：+638.4 kJmol-1；

（3）硅烷的分解溫度遠低于甲烷，是因為C和Si為同主族元素，最外層電子數(shù)相同，C原子半徑小于Si，Si元素的非金屬性弱于C元素，所以硅烷的熱穩(wěn)定性弱于甲烷。

故答案為：C和Si最外層電子數(shù)相同（或“是同主族元素”），C原子半徑小于Si（或“C原子電子層數(shù)少于Si”）

（4）①根據(jù)各物質(zhì)沸點的不同分離提純物質(zhì)，可用蒸餾（或分餾）法；

故答案為：蒸餾（或分餾）；

②a、隨著溫度的升高，SiHCl3的轉(zhuǎn)化率增大，平衡右移，則該反應的平衡常數(shù)隨溫度升高而增大，故a正確；b、增大一種反應物的濃度，能提高其它反應物的轉(zhuǎn)化率，而本身的轉(zhuǎn)化率反而降低，故橫坐標表示的投料比應該是，故b錯誤；c、隨著溫度的升高，SiHCl3的轉(zhuǎn)化率增大，平衡右移，故實際生產(chǎn)中為提高SiHCl3的利用率，應適當升高溫度，故c正確。故答案為：ac；

③SiHCl3和H2O劇烈反應生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，分析它們化合價的變化可知，SiHCl3→H2SiO3+HCl，其中Si元素化合價升高， Cl元素化合價不變。氧化還原反應，有化合價的升高，必有化合價的降低，則H元素的化合價必定降低，氧元素為-2價，不能降，所以另一種物質(zhì)是H2。

故答案為：SiHCl3+3H2O=H2SiO3↓+H2↑+3HCl↑。