Question

9．晶体硅制太阳能电池是发展低碳能源的重要举措．晶体硅的主要制备步骤如下：
（一）用石英砂（含有少量Fe₂O₃、A1₂O₃杂质）为原料制二氧化硅；
（二）高温下用碳还原二氧化硅制粗硅；
（三）粗硅提纯：
方案Ⅰ：Si+3HCl$\frac{\underline{\;300℃\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂
SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1000-1100℃\;}}{\;}$Si+3HCl
方案Ⅱ：Si+2Cl₂$\frac{\underline{\;460-500℃\;}}{\;}$SiCl₄
SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;电炉\;}}{铝丝}$Si+4HCl
试回答下列问题：
（1）要除去石英砂中的少量杂质，所用试剂为HCl（填名称）；
（2）写出步骤二中发生反应的化学方程式SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；
（3）粗硅提纯必须在无氧氛围中进行，原因是①硅易被氧化成二氧化硅；②防止O₂进去与H₂混合引起爆炸；
（4）氢气可由天然气与水反应生成：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）；△H＞0．
①要提高CH₄的利用率，可采取的措施是通入足量水；降低压强； （至少写两条）
②在一定温度下，向体积为2L的密闭容器中加入5mol甲烷和6mol水蒸气，一段时间后，测得平衡时甲烷的转化率为40%，试计算该温度下平衡常数K=9．

Answer 1

分析 （1）SiO₂是非金属氧化物，而Fe₂O₃、Al₂O₃是金属氧化物，根据金属氧化物能够与酸反应的性质，用酸来除去石英沙中的Al₂O₃；
（2）高温下，碳和二氧化硅反应生成硅和一氧化碳；
（3）硅易被氧化成二氧化硅；反应中使用氢气，氢气若与氧气混合易引起爆炸，因此必须在无氧的氛围中进行；
故答案为：防止O₂进去与H₂混合引起爆炸；
（4）①提高CH₄的利用率，从外界条件对平衡的影响考虑；
②依据化学平衡的三段式列式计算得到平衡浓度，结合平衡常数和转化率概念计算平衡常数K．

解答 解：（1）SiO₂是非金属氧化物，而Fe₂O₃、Al₂O₃是金属氧化物能与酸反应，利用稀盐酸可以将Fe₂O₃、Al₂O₃反应除去，反应物是盐酸和Fe₂O₃、Al₂O₃，生成物是金属氯化物和水，
故答案为：HCl；
（2）高温下，碳和二氧化硅反应生成硅和一氧化碳，反应方程式为：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑，
故答案为：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；
（3）硅易被氧化成二氧化硅；反应中使用氢气，氢气若与氧气混合易引起爆炸，因此必须在无氧的氛围中进行；
故答案为：硅易被氧化成二氧化硅；防止O₂进去与H₂混合引起爆炸；
（4）①提高CH₄的利用率，通入水蒸气、降低压强可使平衡向正反应方向移动，
故答案为：通入水蒸气、降低压强；
②在2L密闭容器中，5mol甲烷和6mol水蒸气，一段时间后，测得平衡时甲烷的转化率为40%，依据平衡三段式列式，
                     CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol）  5             6                0              0
变化量（mol）  5×40%      2                2            2×3
平衡量（mol） 5-2          6-2                2              6；
该温度下的平衡常数K=$\frac{c（CO）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{\frac{2}{2}×（\frac{6}{2}）^{3}}{\frac{3}{2}×\frac{4}{2}}$=9
故答案为：9．

点评 本题考查了物质的转化和制备题，还考查了化学方程式的书写，本题考查化学平衡三段式计算应用，转化率和平衡常数的概念理解，掌握基础是解题关键，综合分析，从而得出正确的结论，要注意知识的整体性，题目难度中等．