Question

硅单质及其化合物应用范围很广．
（1）制备硅半导体材料必须先得到高纯硅，工业上可以按如下步骤制备高纯硅．
Ⅰ．高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；
Ⅱ．粗硅与干燥的氯气在450～500℃条件下反应制得SiCl₄；
Ⅲ．SiCl₄液体经精馏提纯后与过量H₂在1 100～1 200℃条件下反应制得高纯硅．
已知SiCl₄沸点为57.6℃，能与H₂O强烈反应．1mol H₂与SiCl₄气体完全反应吸收的热量为120.2kJ．
请回答下列问题：
①第Ⅲ步反应的热化学方程式为

2H₂（g）+SiCl₄（g）

1100-1200℃  .

Si（s）+4HCl（g）△H=+240.4kJ?mol^-1

．
②整个制备纯硅的过程中必须严格控制在无水无氧的条件下．SiCl₄在潮湿的空气中因水解而产生白色烟雾，其生成物是

H₂SiO₃（或H₄SiO₄）和HCl

；H₂还原SiCl₄过程中若混入O₂，可能引起的后果是

爆炸

．
（2）二氧化硅被大量用于生产玻璃．工业上用SiO₂、Na₂CO₃和CaCO₃共283kg在高温下完全反应时放出CO₂ 44kg，生产出的玻璃可用化学式Na₂SiO₃?CaSiO₃?xSiO₂表示，则其中x=

4

．

Answer 1

分析：（1）①氢气能与四氯化硅反应生成单质硅和氯化氢；
②氢气中混入氧气可发生爆炸，SiCl₄与水反应生成H₂SiO₃（或H₄SiO₄）和HCl；
（2）反应过程中n（CO₂）=n（Na₂CO₃）+n（CaCO₃）=n（SiO₂反应）．

解答：解：（1）①氢气能与四氯化硅反应生成单质硅和氯化氢，1mol H₂与SiCl₄气体完全反应吸收的热量为120.2kJ，那么2mol H₂与SiCl₄气体完全反应吸收的热量为240.4kJ，热化学方程式：2H₂（g）+SiCl₄（g）

1100-1200℃  .

Si（s）+4HCl（g）△H=+240.4kJ?mol^-1，
故答案为：2H₂（g）+SiCl₄（g）

1100-1200℃  .

Si（s）+4HCl（g）△H=+240.4kJ?mol^-1；
②SiCl₄在潮湿的空气中因水解而产生白色烟雾，则SiCl₄与水反应生成H₂SiO₃（或H₄SiO₄）和HCl，H₂还原SiCl₄过程中若混入O₂，可能引起爆炸，
故答案为：H₂SiO₃（或H₄SiO₄）和HCl；爆炸；
（2）玻璃的化学组成可根据反应原理得到，
Na₂CO₃+SiO₂

高温  .

NaSiO₃+CO₂↑；CaCO₃+SiO₂

高温  .

CaSiO₃+CO₂↑；
由化学式Na₂SiO₃?CaSiO₃?xSiO₂反应的Na₂CO₃和CaCO₃的物质的量相等，
n（CO₂）=n（Na₂CO₃）+n（CaCO₃）=n（SiO₂反应）=

44kg

44g

=1000mol；
n（Na₂CO₃）=n（CaCO₃）=500mol
500molNa₂CO₃的质量是53kg，500molCaCO₃的质量是50kg，1000molSiO₂的质量是60kg，
n（SiO₂过量）=

283kg-50kg-53kg-60kg

60g

=2000mol，
即剩余的二氧化硅和生成的硅酸钙、硅酸钠为2000：500：500=4：1：1，
所以x=4，故答案为：4．

点评：本题考查硅及其化合物的性质和计算，（2）为易错点，注意根据反应的原理解题，题目难度中等．