Question

【题目】硅在地壳中的含量较高，硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用．回答下列问题：

（1）陶瓷、水泥和玻璃是常用的传统的无机非金属材料，其中生产普通玻璃的主要原料有____________________。

（2）高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料．工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如图：

ⅰ锌还原四氯化硅是一种有着良好应用前景的制备硅的方法，该制备过程示意如下：

① 过程Ⅰ发生反应的化学方程式为______________________(SiO2+3CSiC+2CO↑为副反应）若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1：1，则参加反应的C和SiO2的质量之比为________________。

②整个制备过程必须严格控制无水。SiCl4遇水剧烈水解生成两种酸，反应的化学方程式是_________________________。

ⅱ 工业上也可以通过如下图所示的流程制取纯硅：

①有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和_________；SiHCl3极易水解，其完全水解的化学方程式为___________________________。

物质	Si	SiCl4	SiHCl3	SiH2Cl2	SiH3Cl	HCl	SiH4
沸点/℃	2355	57.6	31.8	8.2	﹣30.4	﹣84.9	﹣111.9

② 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I中HCl的利用率为90%，反应II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的物质的量之比是___________________。

Answer 1

【答案】 纯碱、石英、石灰石 SiO2+2CSi+2CO↑ 1:2 SiCl4+ 3H2O = H2SiO3↓+ 4HCl 蒸馏 SiHCl3+3H2O═H2SiO3↓+H2↑+3HCl↑ 5:1

【解析】(1)工业上生产普通玻璃的主要原料是纯碱、石英、石灰石，故答案为：纯碱、石英、石灰石；

(2)i. ① 过程Ⅰ中二氧化硅与C在高温下反应生成硅和一氧化碳，反应的化学方程式为SiO2+2C Si+2CO↑，反应中的副反应为SiO2+3CSiC+2CO↑，若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1：1，根据方程式，生成1mol硅和碳化硅，参加反应的C和SiO2的物质的量分别为5mol和2mol，质量之比为5mol×12g/mol：2mol×60g/mol=1:2，故答案为：SiO2+2C Si+2CO↑；1:2；

②SiCl4遇水剧烈水解生成两种酸，反应的化学方程式为SiCl4 + 3H2O = H2SiO3↓ + 4HCl，故答案为：SiCl4 + 3H2O = H2SiO3↓ + 4HCl；

ⅱ. ①利用沸点的不同提纯SiHCl3属于蒸馏，SiHCl3(沸点31.8℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6℃)和HCl(沸点-84.9℃)，由于沸点差别较大，可以通过精馏(或蒸馏)除去杂质；SiHCl3水解反应生成硅酸、氢气和氯化氢，反应的方程式为：SiHCl3+3H2O═H2SiO3+ H2↑+ 3HCl↑；故答案为：蒸馏；SiHCl3+3H2O═H2SiO3↓+H2↑+3HCl↑；

② 根据①中方程式SiHCl3+3H2O═H2SiO3↓+H2↑+3HCl↑可知，反应生产1mol纯硅需补充HCl： -3，需补充H2： -1，补充HCl与H2的物质的量之比为(-3)：(-1)≈5：1，故答案为：5：1。