Question

硅及其化合物广泛应用于太阳能的利用、光导纤维及硅橡胶的制备等。

纯净的硅是从自然界中的石英矿石（主要成分为SiO₂）中提取的。高温下制取纯硅有如下反应（方法1）：

①SiO₂(s)+2C(s)Si(s)+2CO(g)

②Si(s)+2Cl₂(g)SiCl₄(g)  

③SiCl₄(g)+2H₂(g) →Si(s)+4HCl(g)

完成下列填空：

（1）硅原子核外有         种不同能级的电子，最外层的p电子有       种自旋方向。

（2）硅与碳同主族，单质的还原性：碳       硅（填写“同于”、“强于”或“弱于”）。反应①之所以能进行的原因是                                                。

（3）反应②生成的化合物的电子式为              ；该分子为          分子（填写“极性”或“非极性”）。

（4）某温度下，反应②在容积为V升的密闭容器中进行，达到平衡时Cl₂的浓度为a mol/L。然后迅速缩小容器容积到0.5V升，t秒后重新达到平衡，Cl₂的浓度为b mol/L。则：a      b（填写“大于”、“等于”或“小于”）。

（5）在t秒内，反应②中v(SiCl₄)=                     （用含a、b的代数式表示）。

（6）工业上还可以通过如下反应制取纯硅（方法2）：

④Si(粗) ＋3HCl(g) SiHCl₃(l)＋H₂(g) + Q（Q＞0）

⑤SiHCl₃(g)＋H₂(g)Si(纯)＋3HCl(g)

提高反应⑤中Si(纯)的产率，可采取的措施有：                          （选填2条）。

 

Answer 1

【答案】

（1）5（1分） ，1（1分）

（2）弱于（1分）    因为生成物CO为气态，降低CO的浓度，可使平衡正向移动。（1分）

（3） （2分）  非极性（1分）

（4）小于（1分）

（5）（2a-b）/2t  mol/(L·s) （2分，代数式1分，单位1分）

（6）降低压强；升高温度；及时分离出HCl等（2分）（每条1分，合理给分，共2分。）

【解析】

试题分析：（1）硅原子核外电子排布式为1S²2S²2P⁶3S²3P²，共有5种不同能级的电子，最外层的p电子有自旋方向要相同所以只有1种自旋方向。

（2）硅与碳同主族，单质的还原性与元素的非金属性变化一致，故碳强于硅。反应①之所以能进行的原因是因为生成物CO为气态，降低CO的浓度，可使平衡正向移动。

（3）反应②生成的化合物是四氯化硅其电子式要保证每个原子达到8电子结构；该分子为是正四面体结构正负电核重心重全，故为非极性分子。

（4）反应②  Si(s)+2Cl₂(g)SiCl₄(g)  在容积为V升的密闭容器中进行，达到平衡时Cl₂的浓度为a mol/L。然后迅速缩小容器容积到0.5V升，相当于加压，若平衡不移动，此时Cl₂的浓度为2a mol/L，实际平衡右移了，t秒后重新达到平衡，Cl₂的浓度必小于2a mol/L，但肯定大于a mol/L，b mol/L。故则：a 小于b。

（5）根据速率的定义可求得在t秒内，反应②中v(SiCl₄) =（2a-b）/2t  mol/(L·s) 。

（6）⑤ SiHCl₃(g)＋H₂(g)Si(纯)＋3HCl(g)要提高反应⑤中Si(纯)的产率，需要满足尽可能使平衡右移，可采取的措施有：降低压强；升高温度；及时分离出HCl等。

考点：本题考查了原子结构，核外电子的排布，化学反应速率的计算及化学平衡的移动相关知识。