Question

5．含硅元素的化合物广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成岩石．晶体硅（熔点 1410℃）用途广泛，制取与提纯方法有多种．
（1）炼钢开始和结束阶段都可能发生反应：Si+2FeO$\stackrel{高温}{→}$ 2Fe+SiO₂，其目的是CD．
A．得到副产品硅酸盐水泥 
B．制取SiO₂，提升钢的硬度
C．除去生铁中过多的Si杂质
D．除过量FeO，防止钢变脆
（2）一种由粗硅制纯硅过程如下：Si（粗）$→_{460℃}^{Cl_{2}}$SiCl₄$\stackrel{蒸馏}{→}$SiCl₄（纯）$→_{1100℃}^{H_{2}}$Si（纯），在上述由SiCl₄制纯硅的反应中，测得每生成 1.12kg纯硅需吸收akJ热量，写出该反应的热化学方程式：SiCl₄（g）+2H₂（g）→Si（s）+4HCl（g）△H=-0.025akJ/mol．
对于钠的卤化物（NaX）和硅的卤化物（SiX₄）下列叙述正确的是BC
A．NaX易水解　　　            
B．SiX₄是共价化合物
C．NaX的熔点一般高于SiX₄ D．SiF₄晶体是由共价键形成的空间网状结构
（3）粗硅经系列反应可生成硅烷（SiH₄），硅烷分解也可以生成高纯硅．硅烷的热稳定性弱于甲烷，所以Si元素的非金属性弱于C元素，用原子结构解释其原因：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）此外，还可以将粗硅转化成三氯氢硅（SiHCl₃），通过反应：SiHCl₃（g）+H₂（g）?Si（s）+3HCl（g）制得高纯硅．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）的变化关系如下图所示．下列说法正确的是a、c（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$\frac{n（SiHCl3）}{n（H2）}$
c．实际生产中为提高SiHCl₃的利用率，可适当降低压强
（5）硅元素最高价氧化物对应的水化物是H₂SiO₃．室温下，0.1mol/L的硅酸钠溶液和0.1mol/L的碳酸钠溶液，碱性更强的是硅酸钠，其原因是硅酸的K_i2小于碳酸的K_i2，硅酸钠更易水解．
已知：H₂SiO₃：K_i1=2.0×10^-10      K_i2=1.0×10^-12 H₂CO₃：K_i1=4.3×10^-7       K_i2=5.6×10^-11．

Answer 1

分析 （1）根据炼钢的要求把生铁中的含碳量去除到规定范围，并使其它元素的含量减少或增加到规定范围的过程，简单地说，是对生铁降碳、去硫磷、调硅锰含量的过程；在使碳等元素降到规定范围后，钢水中仍含有大量的氧元素，是有害的杂质，使钢塑性变坏，轧制时易产生裂纹；
（2）每生成1.12kg纯硅需吸收akJ热量，则生成1mol纯硅吸收的热量为$\frac{a}{\frac{1.12×1{0}^{3}}{28}}$=0.025aKJ，据此写出反应热化学方程式；
A．强酸的钠盐不水解；
B．硅的卤化物（SiX₄）是由非金属元素原子间通过共用电子对形成的化合物；
C．离子晶体的熔点大于分子晶体的熔点；
D．SiF₄晶体属于分子晶体．
（3）硅烷的分解温度远低于甲烷的原因为：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”） 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）a．因为随着温度的升高，SiHCl₃的转化率增大，平衡右移，则该反应的平衡常数随温度升高而增大；
b．增大一种反应物的浓度，能提高其它反应物的转化率，而本身的转化率反而降低，故横坐标表示的投料比应该是$\frac{n（{H}_{2}）}{n（SiHC{l}_{3}）}$；
c．降低压强平衡向气体系数减小方向移动；
（5）依据盐类水解规律“越弱越水解”解答．

解答 解：（1）炼钢的要求把生铁中的含碳量去除到规定范围，并使其它元素的含量减少或增加到规定范围的过程，简单地说，是对生铁降碳、去硫磷、调硅锰含量的过程，这一过程基本上是一个氧化过程，是用不同来源的氧（如空气中的氧、纯氧气、铁矿石中的氧）来氧化铁水中的碳、硅、锰等元素．化学反应主要是2FeO+Si$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+SiO₂、FeO+Mn$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ Fe+MnO；
在使碳等元素降到规定范围后，钢水中仍含有大量的氧，是有害的杂质，使钢塑性变坏，轧制时易产生裂纹，故炼钢的最后阶段必须加入脱氧剂（例如锰铁、硅铁和铝等），以除去钢液中多余的氧：Mn+FeO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$MnO+Fe，Si+2FeO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiO₂+2Fe，Al+3FeO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+3Fe，
故选：CD；
（2）由题意可知：每生成1.12kg纯硅需吸收akJ热量，则生成1mol纯硅吸收的热量为$\frac{a}{\frac{1.12×1{0}^{3}}{28}}$=0.025aKJ，所以该反应的热化学方程式：SiCl₄（g）+2H₂（g）→Si（s）+4HCl（g）△H=-0.025akJ/mol；
A．钠的强酸盐不水解，NaX（NaF除外）不易水解，故A错误；
B．硅的卤化物（SiX₄）是由非金属元素原子间通过共用电子对形成的化合物，是共价化合物，故B正确；
C．钠的卤化物（NaX）为离子化合物属于离子晶体，硅的卤化物（SiX₄）为共价化合物属于分子晶体，离子晶体的熔点大于分子晶体的熔点，即NaX的熔点一般高于SiX₄，故C正确；
D．SiF₄晶体是由分子间作用力结合而成，故D错误；
故答案为：SiCl₄（g）+2H₂（g）→Si（s）+4HCl（g）△H=-0.025akJ/mol； BC；
（3）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”） Si元素的非金属性弱于C元素，硅烷的热稳定性弱于甲烷，故硅烷的分解温度远低于甲烷，
故答案为：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”） 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）a．因为随着温度的升高，SiHCl₃的转化率增大，平衡右移，则该反应的平衡常数随温度升高而增大，故a正确；
b．增大一种反应物的浓度，能提高其它反应物的转化率，而本身的转化率反而降低，故横坐标表示的投料比应该是$\frac{n（{H}_{2}）}{n（SiHC{l}_{3}）}$，故b错误；
c．SiHCl₃（g）+H₂（g）?Si（s）+3HCl（g）正向为气体系数减小方向，降低压强平衡向气体系数减小方向移动，可以提高SiHCl₃的利用率，故c正确；
故选：a、c；
（5）依据所给数据可知：硅酸的K_i2小于碳酸的K_i2，依据“越弱越水解”可知硅酸钠更易水解，
故答案为：硅酸钠；硅酸的K_i2小于碳酸的K_i2，硅酸钠更易水解．

点评 本题为综合题考查了高炉炼铁原理、热化学方程式书写、化学平衡移动影响因素、盐类水解规律，题目难度中等，注意对化学平衡移动知识的掌握．