Question

(15分)高纯晶体硅是信息技术的关键材料。
（1）硅元素位于周期表的______周期______族。下面有关硅材料的说法中正确的是__________(填字母)。

A．碳化硅化学性质稳定,可用于生产耐高温水泥

B．氮化硅硬度大、熔点高,可用于制作高温陶瓷和轴承

C．高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料———光导纤维

D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，故在玻璃尖口点燃H2时出现黄色火焰

E．盐酸可以与硅反应,故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
（2）工业上用石英砂和焦炭可制得粗硅。
已知：

请将以下反应的热化学方程式补充完整：
SiO₂(s) + 2C(s) ="==" Si(s) + 2CO(g)   △H = ________
（3）粗硅经系列反应可生成硅烷(SiH₄)，硅烷分解生成高纯硅。已知硅烷的分解温度远低于甲烷，用原子结构解释其原因：_________，Si元素的非金属性弱于C元素，硅烷的热稳定性弱于甲烷。
（4）将粗硅转化成三氯氢硅(SiHCl₃)，进一步反应也可制得高纯硅。
①SiHCl₃中含有的SiCl₄、AsCl₃等杂质对晶体硅的质量有影响。根据下表数据，可用________ 方法提纯SiHCl₃。

物质	SiHCl3	SiCl4	AsCl3
沸点/℃	32.0	57.5	131.6

②用SiHCl₃制备高纯硅的反应为SiHCl₃(g) +H₂(g) Si(s) + 3HCl(g)， 不同温度下，SiHCl₃的平衡转化率随反应物的投料比(反应初始时，各反应物的物质的量之比)的变化关系如右图所示。下列说法正确的是________(填字母序号)。

a．该反应的平衡常数随温度升高而增大
b．横坐标表示的投料比应该是
c．实际生产中为提高SiHCl₃的利用率，应适当升高温度
③整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl₃遇水剧烈反应生成H₂SiO₃、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式：____________________。

Answer 1

（1）3(1分)   ⅣA (1分)    BCD(2分)
（2）+638.4 kJ·mol^－1(2分) (单位写错扣1分)
（3）C和Si最外层电子数相同(或“是同主族元素”) (2分)，C原子半径小于Si(或“C原子电子层数少于Si”) (2分)
（4）①蒸馏(或分馏) (1分)    ②a、c(2分)
③SiHCl₃+3H₂O===H₂SiO₃↓+H₂↑+3HCl↑(2分)

试题分析：（1） 硅元素位于周期表的3周期ⅣA族。碳化硅化学性质稳定，可耐高温，但不可能做水泥，A错；盐酸不能与硅反应，应采用氢氟酸为抛光液抛光单晶硅，E错。
（2）根据两个反应过程能量变化图像可知：Si(s) + O₂(s) ="==" SiO₂(s)  △H=-859.4kJ·mol^－1
2C(s) + O₂(s)===2CO(g)   △H =-221.0kJ·mol^－1
用第二个方程式减去第一个方程式得出所需反应，可以计算出△H =+638.4 kJ·mol^－1。
（3） 硅烷的分解温度远低于甲烷，是因为C和Si最外层电子数相同(或“是同主族元素”)，C原子半径小于Si(或“C原子电子层数少于Si”)
（4）①SiHCl₃中含有的SiCl₄、AsCl₃等杂质，而SiHCl₃沸点最低，可采用蒸馏(或分馏)提纯；②a项中，因为反应投料比相同时，温度越高，SiHCl₃的转化率越大，说明正反应是吸热反应，故该反应的平衡常数随温度升高而增大；b项中，反应投料比最大，同一温度曲线，SiHCl₃的转化率越大，只有加入H₂的量才能实现，说明横坐标表示的投料比应该是；c项中，SiHCl₃沸点低，实际生产中为提高SiHCl₃的利用率，应适当升高温度。
③根据质量守恒定律，可确定产物中H元素不守恒，即添加H₂，有SiHCl₃+3H₂O="==" H₂SiO₃↓+H₂↑+3HCl↑