Question

【题目】光纤通讯是光导纤维传送信号的一种通讯手段，合成光导纤维及氮化硅(一种无机涂层)的工艺流程如下：

回答下列问题：

(1)反应I的化学方程式为2C+SiO2Si+2CO↑，其中还原剂为_______________，产物Si在周期表中位于_______________，该反应涉及的副反应可能有C+SiO2Si+CO2↑(碳不足)和__________________________________(碳足量)。

(2)经反应Ⅱ所得的四氯化硅粗品中所含的物质如下：

组分名称	SiCl4	SiHCl3	SiH2Cl2	HCl	BCl3	PCl3
质量分数	0.545	0.405	0.0462	0.0003	0.00193	0.00157
沸点/℃	57.6	31.8	8.2	-85	12.5	75.5

图中“操作X”的名称为______________________；PCl3的电子式为________________。

(3)反应IV的化学方程式为SiCl4+4NH3Si3N4+12HCl，若向一2L恒容密闭容器中投入1molSiCl4和1molNH3，6min后反应完全，则0～6min内，HCl的平均反应速率为__________mol/(L·min)。反应III的与IV产生的气体相同，则反应III化学方程式为__________________。反应III中的原料气H2和O2在碱性条件下可构成燃料电池，其正极反应的电极方程式为__________________。

Answer 1

【答案】碳(或C) 第三周期 ⅣA族 3C+SiO2SiC+2CO↑ 精馏(或蒸馏或分馏) 0.25 2H2+O2+SiCl4SiO2+4HCl O2+2H2O+4e-=4OH-

【解析】

(1)根据还原剂失去电子，元素的化合价升高；氧化剂获得电子，元素的化合价降低判断；根据原子核外电子排布与元素在周期表的位置分析；由于元素的非金属性C>Si，在高温下可能生成二者的化合物；

(2)得到的氯化物中各种成分的沸点相差较大，可利用蒸馏的方法提纯；P原子与3个Cl形成3对共用电子对结合形成PCl3；

(3)先利用化学反应速率定义式计算υ(NH3)，然后根据υ(HCl)与υ(NH3)关系计算υ(HCl)；根据框图可知反应物是SiCl4与H2、O2，生成物是SiO2、HCl，根据原子守恒、电子守恒书写反应的方程式；原料气H2和O2在碱性条件下可构成燃料电池，通入燃料H2的电极为负极，通入O2的电极为正极，根据原电池反应原理书写电极反应式。

(1)在反应2C+SiO2 Si+2CO↑中C元素的化合价由反应前的C单质的0价变为反应后CO中的+2价，化合价升高，失去电子，所以C为还原剂；Si是14号元素，Si原子核外K、L、M层依次排有2、8、4个电子，因此Si元素在元素周期表中位于第三周期第IVA族；在高温下，除可能发生副反应C+SiO2 Si+CO2↑外，足量的C与产生的Si再结合形成SiC，反应的方程式为：3C+SiO2SiC+2CO↑；

(2)在用石英砂与焦炭反应产生的粗硅中含有Si及一些杂质，用氯气将这些物质氧化，得到各种氯化物的液态混合物，各种成分的沸点相差较大，可利用蒸馏法分离提纯得到纯净的SiCl4；P原子最外层有5个电子，Cl原子最外层有7个电子，P原子与3个Cl形成3对共用电子对结合形成PCl3，每个原子都达到最外层8个电子的稳定结构，所以其电子式为；

(3)在一个2L的密闭容器中进行反应SiCl4+4NH3Si3N4+12HCl，开始时加入两种反应物的物质的量都是1mol，由于SiCl4与NH3以1：4物质的量之比参与反应，显然NH3完全反应，6min后反应完全，氨气全部反应，υ(NH3)=，根据方程式中氨气与HCl的计量数关系可知υ(HCl)=3 υ(NH3)=3×=0.25mol/(Lmin)；反应IV中产生的气体为HCl，SiCl4与H2、O2在高温下反应产生SiO2、HCl，反应的方程式是2H2+O2+SiCl4SiO2+4HCl；反应III中的原料气H2和O2在碱性条件下可构成燃料电池，通入燃料H2的电极为负极，负极失去电子，发生氧化反应，通入O2的电极为正极，正极上获得电子，发生还原反应，由于电解质溶液为碱性，所以正极反应的电极方程式为O2+2H2O+4e-=4OH-。