题目内容

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       。

(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       。

(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+2CSi+2CO↑

流化床反应器

Si+3HClSiHCl3+H2

还原炉

SiHCl3+H2Si+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       ;碳化硅又称       ,其晶体结构与       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       。

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       。

(4)氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料,这些原料是       。

 

【答案】

(1)含有硅、碳的铁合金(或硅铁)  

(2)石英砂、纯碱和石灰石

(3)①SiO2+3CSiC+2CO↑    金刚砂 金刚石(或单晶硅) 

②精馏(或蒸馏)③H4SiO4(或H2SiO3)、H2、HCl     

(4)H2、HCl

【解析】

(1)加热石英砂、木炭和铁时,得到的为合金。

(2)生产普通玻璃的主要原料为石英砂、纯碱和石灰石。

(3)①石英砂和焦炭在电弧炉中高温中反应生成碳化硅,方程式:SiO2+3CSiC+2CO↑;碳化硅俗称金刚砂,其晶体结构与金刚石类似。②比较SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl的沸点,可得常温下SiHCl3、SiCl4为液体、SiH2Cl2、SiH3Cl为气体,沉降除去产物中的固体后,冷凝得到SiHCl3、SiCl4的混合液体,用蒸馏可分离二者。③SiHCl3极易水解:SiHCl3+3H2O=H2SiO3+H2+3HCl。

(4)氯碱工业产生的H2、HCl,能作为上述工艺生产的原料。

【考点定位】本题考查无机非金属材料——硅及其化合物。

 

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