Question

8．硅是信息产业、太阳能电池光电转化的基础材料．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，该制备过程示意如图：

（1）焦炭在过程Ⅰ中作还原剂．
（2）过程Ⅱ中的Cl₂用电解饱和食盐水制备，制备Cl₂的化学方程式是2NaCl+2H₂O^通电$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑．
（3）整个制备过程必须严格控制无水．
①SiCl₄遇水剧烈水解生成SiO₂和一种酸，反应的化学方程式是SiCl₄+2H₂O═SiO₂+4HCl．
②干燥Cl₂时，从有利于充分干燥和操作安全的角度考虑，需将约90℃的潮湿氯气先冷却至12℃，然后再通入到浓H₂SO₄中．冷却的作用是使水蒸气冷凝，减少进入浓硫酸的水量，保持持续的吸水性，并降低放出的热量．
（4）Zn还原SiCl₄的反应如下：
反应1：400℃～756℃，SiCl₄（g）+2Zn（l）?Si（s）+2ZnCl₂（l）△H₁＜0
反应2：756℃～907℃，SiCl₄（g）+2Zn（l）?Si（s）+2ZnCl₂（g）△H₂＜0
反应3：907℃～1410℃，SiCl₄（g）+2Zn（g）?Si（s）+2ZnCl₂（g）△H₃＜0
①对于上述三个反应，下列说法合理的是b c d．
a．升高温度会提高SiCl₄的转化率      b．还原过程需在无氧的气氛中进行
c．增大压强能提高反应的速率         d．Na、Mg可以代替Zn还原SiCl₄
②实际制备过程选择“反应3”，选择的理由是温度高，反应速率快；与前两个反应比较，更易于使硅分离，使化学平衡向右移动，提高转化率．
③已知Zn（l）═Zn（g）△H=+116KJ/mol．若SiCl₄的转化率均为90%，每投入1mol SiCl₄，“反应3”比“反应2”多放出208.8kJ的热量．
（5）用硅制作太阳能电池时，为减弱光在硅表面的反射，采用化学腐蚀法在其表面形成粗糙的多孔硅层．腐蚀剂常用稀HNO₃和HF的混合液．硅表面首先形成SiO₂，最后转化为H₂SiF₆．用化学方程式表示SiO₂转化为H₂SiF₆的过程SiO₂+6HF═H₂SiF₆+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）依据碳与二氧化硅反应中元素化合价变化解答；
（2）工业上用电解饱和食盐水制备氯气；
（3）①四氯化硅与水反应生成二氧化硅和氯化氢；
②使水蒸气冷凝，减少进入浓硫酸的水，保持浓硫酸持续的吸水性，同时降低放出的热量；
（4）①△H＜0表示放热，根据平衡移动的原理解答；
②反应2与反应1比较，反应2产物为固体和气体比反应1更易于分离，反应3与反应2比较，温度高，反应速率更快；
③根据盖斯定律可以计算化学反应的焓变；
（5）氟化氢跟二氧化硅反应生成四氟化硅和水，四氟化硅和氟化氢直接反应生成H₂SiF₆．

解答 解：（1）在SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑中，碳元素化合价升高，被氧化，做还原剂，故答案为：还原剂；
（2）电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氯气和氢气，方程式：2NaCl+2H₂O ^通电$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑；
故答案为：2NaCl+2H₂O ^通电$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑；
（3）①四氯化硅与水反应生成二氧化硅和氯化氢，化学方程式：SiCl₄+2H₂O═SiO₂+4HCl；
故答案为：SiCl₄+2H₂O═SiO₂+4HCl；
②将约90℃的潮湿氯气先冷却至12℃，然后再通入浓H₂SO₄中，可使水蒸气冷凝，减少进入浓硫酸的水，保持浓硫酸持续的吸水性，同时降低放出的热量，
故答案为：使水蒸气冷凝，减少进入浓硫酸的水，保持浓硫酸持续的吸水性，同时降低放出的热量；
（4）①通过热化学方程式可知，对于三个反应的反应热都是△H＜0表示，都是放热反应，
a．升高温度，平衡向吸热的方向移动，所以会降低SiCl₄的转化率，故a错误；
b．Si遇氧气在高温的条件下反应生成二氧化硅，所以还原过程需在无氧的气氛中进行，b正确；
c．有气体参加的反应，增大压强，能加快反应的速率，对于三个反应，都有气体参与，所以增大压强，能提高反应的速率，故c正确；
d．Na、Mg都是还原性比较强的金属，可以代替Zn还原SiCl₄，故d正确；
故选：b c d；
②反应2与反应1比较，反应2产物为固体和气体比反应1更易于分离，反应3与反应2比较，反应物都为气态，温度高，反应速率更快，所以实际制备过程选择“反应3”，温度高反应速率快；与前两个反应比较更易于使硅分离使化学平衡向右移动提高转化率，
故答案为：温度高反应速率快；与前两个反应比较更易于使硅分离使化学平衡向右移动提高转化率；
③每投入1mol SiCl₄，有2molZn参加反应，“反应3”与“反应2”比较，反应2中锌为液态，根据Zn（l）═Zn（g）△H=+116KJ/mol，若SiCl₄的转化率均为90%，“反应3”比“反应2”多放出116KJ/mol×2×90%=208.8KJ，
故答案为：208.8；
（5）二氧化硅和氢氟酸：SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O；SiF₄+2HF=H₂SiF₆，所以用稀HNO₃和HF的混合液，硅表面首先形成SiO₂，最后转化为H₂SiF₆的化学方程式为SiO₂+6HF═H₂SiF₆+2H₂O，
故答案为：SiO₂+6HF═H₂SiF₆+2H₂O．

点评 本题考查了硅及其化合物的性质及化学平衡相关知识，掌握平衡移动原理的运用，掌握硅及其化合物的性质是解答的关键，难度中等．