Question

11．硅在地壳中的含量较高．硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用．回答下列问题：
（1）1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”，这种“金属”可能是含有硅碳的铁合金．
（2）陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料．其中，生产普通玻璃的主要原料有纯碱、石英和石灰石．
（3）高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料．工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：

	发生的主要反应
电弧炉	SiO2+2C$\stackrel{1600-1800℃}{?}$Si+2CO↑
流化床反器	Si+3HCl$\stackrel{250-300℃}{?}$SiHCl3+H2
还原炉	SiHCl3+H2$\stackrel{1100-1200℃}{?}$Si+3HCl

①用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiC+2CO↑；碳化硅又称金刚砂，其晶体结构与金刚石相似．
②在流化床反应的产物中，SiHCl₃大约占 85%，还有SiCl₄、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl₃的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和精馏（或蒸馏）．

物质	Si	SiCl4	SiHCl3	SiH2Cl2	SiH3Cl	HCl	SiH4
沸点/℃	2355	57.6	31.8	8.2	-30.4	-84.9	-111.9

③SiHCl₃极易水解，其完全水解的产物为H₄SiO₄（或H₂SiO₃）、H₂、HCl．
（4）氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是H₂、HCl．

Answer 1

分析 （1）石英砂主要成分为二氧化硅，碳做还原剂还原二氧化硅为单质硅；
（2）生产玻璃的原料是纯碱、石英和石灰石；
（3）①石英砂主要成分为二氧化硅，二氧化硅和碳在高温的条件下反应生成碳化硅和一氧化碳；碳化硅又称金刚砂，其晶体结构与金刚石相似；
②根据题中数据，采用精馏（或蒸馏）方法提纯SiHCl₃；
③SiHCl₃水解生成硅酸、氢气和氯化氢；
（4）电解饱和食盐水称为氯碱工业，结合上述工艺流程解答．

解答 解：（1）石英砂的主要成分是二氧化硅，加热石英砂、木炭和铁时，发生置换反应，SiO₂+2C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑，所以在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”．这种“金属”可能是含有硅碳的铁合金，
故答案为：含有硅碳的铁合金；
（2）制造普通玻璃的主要原料是：纯碱、石灰石和石英，在玻璃窑中强热时的主要发生反应：SiO₂+Na₂CO₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑、SiO₂+CaCO₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaSiO₃+CO₂↑，
故答案为：纯碱、石英和石灰石；
（3）①石英砂的主要成分是二氧化硅，在反应中生成碳化硅，反应为：SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiC+2CO↑，碳化硅又称金刚砂，其晶体结构与金刚石相似，
故答案为：SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiC+2CO↑；金刚砂；金刚石；
②利用沸点的不同提纯SiHCl₃属于蒸馏，SiHCl₃（沸点33.0℃）中含有少量SiCl₄（沸点57.6℃）和HCl（沸点-84.7℃），由于沸点差别较大，可以通过精馏（或蒸馏）除去杂质，
故答案为：精馏（或蒸馏）；
③SiHCl₃水解反应方程式为：SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl↑，生成硅酸、氢气和氯化氢，
故答案为：H₄SiO₄（或H₂SiO₃）、H₂、HCl；
（4）氯碱工业主要反应为电解饱和食盐水：2NaCl+2H₂O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，为该化学工艺提供H₂、HCl，
故答案为：H₂、HCl．

点评 本题考查了实验方案设计的有关知识，侧重考查了硅及其化合物的有关知识，注意粗硅的提纯反应原理，对知识进行迁移解决情形相似的新问题体现出知识运用与问题分析的能力是本题的特点，题目难度中等．