Question

【题目】硅是最理想的太阳能电池材料，高性能晶硅电池是建立在高质量晶硅材料基础上的。工业上可以用如图所示的流程制取高纯硅。

（1）硅在周期表中的位置是_______________，反应1中氧化剂与还原剂的物质的量之比为：__________________
（2）粗硅与HCl反应完全后,经冷凝得到的SiHCl3 (沸点31.8℃)中含有少量SiCl4 (沸点57.6℃)和SiH2Cl2 (沸点8.2℃)、SiH3Cl(沸点-30.4℃)提纯SiHCl3采用的方法为__________，整个过程中可以循环利用的物质X是：_____________（填化学式）

（3）提纯粗硅的过程中必须严格控制无水无氧，原因之一是硅的卤化物极易水解，写出SiCl4遇水剧烈反应的化学方程式___________________________________

（4）硅在有HNO3存在的条件下，可以与HF生成H2SiF6，同时有不溶于水的气体生成，该气体遇空气变为红棕色，硅单质发生的化学方程式为_____________________________________________________

（5）某工厂用100吨纯度为75%的石英砂为原料经第一步反应制得的粗硅中含硅28吨，则该过程中硅的产率是：__________（精确到小数点后两位）

Answer 1

【答案】 第三周期第IVA族 1:2 蒸馏或分馏 HCl SiCl4+3H2O=H2SiO3↓+4HCl或3SiCl4+4H2O=H3SiO4↓+4HCl 3Si+4HNO3+18HF=3H2SiF6+4NO↑+8H2O 0.80或80.00%

【解析】(1)硅是14号元素，在周期表中位于第三周期第IVA族，反应1为二氧化硅和碳的反应：SiO2+3CSiC+2CO，反应中氧化剂是二氧化硅和C，还原剂是C，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1:2，故答案为：第三周期第IVA族；1:2；

(2)SiHCl3(沸点31.8℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6℃)和SiH2Cl2 (沸点8.2℃)、SiH3Cl(沸点-30.4℃)，由于沸点差别较大，可以通过分馏除去杂质；氯化氢与粗硅反应生成SiHCl3，SiHCl3与氢气又反应生成硅和氯化氢，氯化氢可以循环利用，故答案为：分馏；HCl；

(3)提纯粗硅的过程中必须严格控制无水无氧，原因之一是硅的卤化物极易水解，SiCl4遇水剧烈反应的化学方程式为SiCl4+3H2O=H2SiO3↓+4HCl，故答案为：SiCl4+3H2O=H2SiO3↓+4HCl；

(4)硅在有HNO3存在的条件下，可以与HF生成H2SiF6，同时有不溶于水的气体生成，该气体遇空气变为红棕色，说明生成了一氧化氮，反应的化学方程式为3Si+4HNO3+18HF=3H2SiF6+4NO↑+8H2O，故答案为：3Si+4HNO3+18HF =3H2SiF6+4NO↑+8H2O；

(5)100吨纯度为75%的石英砂中含有二氧化硅的质量为75t，其中含有硅元素75t×=35t，经第一步反应制得的粗硅中含硅28吨，该过程中硅的产率=×100%=80.00%，故答案为：80.00%。