题目内容

10．被誉为“信息革命的催化剂”的硅晶体晶体可作为优良的半导体材料，硅也可用于制备新型无机非金属材料，工业上制备高纯硅并以其为原料制备Si3N4的流程如下：

（1）气体W的化学式为CO，反应⑤的另一产物的所属类别是酸（选填“酸”、“碱”、“盐”、“氧化物”或“单质”）．
（2）反应②的化学方程式为Si+3HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiHCl3+H2；提高反应⑤速率的措施可能是增大压强、升高温度、选择高效催化剂（写出两条）．
（3）整个制备过程中，必须确保无氧、无水，否则SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种单质，该反应的化学方程式为SiHCl3+3H2O=H2SiO3+3HCl↑+H2↑．
（4）硅的熔沸点分别为1 410℃、2 355℃，四氯化硅的熔、沸点分别为-70℃、57.6℃．分离提纯反应④产品的操作方法是蒸馏．
（5）假设每一轮次制备1mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应②中HCl的利用率为75%，反应③中H2的利用率为80%，则在第二轮次的生产中，补充投入HCl和H2的物质的量之比为4：1．

分析 （1）焦炭与二氧化硅在高温条件下反应生成硅和一氧化碳；依据原子个数守恒判断SiHCl3与NH3产物；
（2）硅与氯化氢在加热条件下生成三氯硅烷和氢气；依据温度、压强、催化剂对速率的影响解答；
（3）三氯硅烷水解生成硅酸、氯化氢和氢气；
（4）蒸馏可以用来分离熔沸点不同相互溶解的液体；
（5）由工艺流程与反应①、反应②可知，补充的HCl等于损失的HCl、补充的氢气等于损失的氢气，分别计算出损失的氯化氢和氢气的物质的量即可．

解答 解：（1）焦炭与二氧化硅在高温条件下反应生成硅和一氧化碳，所以W为CO，依据原子个数守恒可知：SiHCl3与NH3反应生成产物除了氮化硅外，还有氯化氢，氯化氢为酸；
故答案为：CO；酸；
（2）硅与氯化氢在加热条件下生成三氯硅烷和氢气，化学方程式：Si+3HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiHCl3+H2；增大压强、升高温度、选择高效催化剂都能够提高反应速率；
故答案为：Si+3HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiHCl3+H2；增大压强、升高温度、选择高效催化剂；
（3）三氯硅烷水解生成硅酸、氯化氢和氢气，化学方程式：SiHCl3+3H2O=H2SiO3+3HCl↑+H2↑，故答案为：SiHCl3+3H2O=H2SiO3+3HCl↑+H2↑；
（4）由题意知：硅的熔沸点分别为1 410℃、2 355℃，四氯化硅的熔、沸点分别为-70℃、57.6℃，所以可以选择蒸馏的方法分离，故答案为：蒸馏；
（5）由工艺流程与反应①、反应②可知，补充的HCl等于损失的HCl、补充的氢气等于损失的氢气，制备1mol纯硅需要1mol粗硅，由反应①可知需要HCl物质的量为3mol，故实际通入的HCl为$\frac{3nol}{75%}$，补充的HCl为$\frac{3mol}{75%}$-3mol=1mol，
由反应②可知，需要氢气的物质的量为1mol，实际通入氢气为mol，补充的氢气为$\frac{1mol}{80%}$-1mol=0.25mol，故需补充投入HCl和H2的物质的量之比是1：0.25=4：1；
故答案为：4：1．

点评 本题考查了工业制取硅的工艺流程，涉及到方程式的书写，影响反应速率因素，物质的分离方法，题目综合性较强，难度中等．

练习册系列答案
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20．下列关于碱金属元素和卤素的说法中，错误的是（　　）
A．随核电荷数的增加，碱金属元素和卤素的熔沸点都逐渐降低
B．碱金属元素中，锂原子失去最外层电子的能力最弱
C．钾与水的反应比钠与水的反应更剧烈
D．溴单质与H2的反应比碘单质与H2的反应更剧烈
1．下列有关物质应用的说法中，不正确的是（　　）
A．Na2C03是发酵粉的主要成分之一B．Mg0常用作耐高温材料
C．SiO2可用于制造光导纤维D．工业上可用Cl2制造漂白粉
18．如图是中学化学中常见物质之间的一些反应关系，其中部分产物未写出．常温下X、H、I是固体，H是一种黑色的非金属单质，I为淡黄色固体，B和G是液体其余均为气体，其中F是红棕色气体．根据图中关系推断：

（1）写出X可能的化学式NH4HCO3或（NH4）2CO3（只要写一种）；
（2）实验室检验气体A的方法及现象用湿润的红色石蕊试纸检验，若试纸变蓝，则有NH3存在（用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近，若有白烟生成，则有NH3存在）；
（3）写出反应②的化学方程式2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2；
（4）写出反应③的化学方程式C+4HNO3（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2↑+4NO2↑+2H2O；
（5）气体A和D排放到空气中会污染环境，在催化剂作用下，气体A和D可以反应生成两种对环境完全没有危害的物质，写出该反应的化学方程式4NH3+6NO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$5N2+6H2O．
5．下列过程应用于工业生产的是（　　）
A．锌与稀硫酸反应制取氢气B．氯化铵和氢氧化钙制取氨气
C．浓盐酸和二氧化锰反应制取氯气D．氯气与石灰乳反应制取漂白粉
15．下列观点中不正确的是（　　）
A．通过化学变化一定能改变物质的性质
B．人们所使用的材料，都是纯度越高越好
C．氧化还原反应中一定会发生电子转移
D．某元素由化合态变为游离态，该元素有可能被氧化，也有可能被还原
2．为解决能源短缺问题，工业生产中应合理利用化学能．
（1）实验测得，5g甲醇在氧气中充分燃烧生成二氧化碳气体和液态水时释放出113.5kJ的热量，试写出甲醇燃烧的热化学方程式2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）△H=-1452.8kJ/mol
（2）如图是某笔记本电脑使用的甲醇燃料电池的结构示意图．
放电时甲醇应从a处通入（填“a”或“b”），电池内部H+向右（填“左”或“右”）移动．写出电池负极的电极反应式CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+．
（3）从化学键的角度分析，化学反应的过程就是反应物的化学键的破坏和生成物的化学键的形成过程．
化学键H-HN-HN≡N
键能/kJ•mol-1436a945
已知：N2（g）+3H2（g）═2NH3（g）△H=-93kJ•mol-1．试根据表中所列键能数据计算a 的数值391
（4）已知：C（s，石墨）+O2（g）=CO2（g）△H1=-393.5kJ•mol-1
2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H2=-571.6kJ•mol-1
2C2H2（g）+5O2（g）=4CO2（g）+2H2O（l）△H3=-2599kJ•mol-1
根据盖斯定律，计算反应2C（s，石墨）+H2（g）=C2H2（g）的△H=+226.7kJ•mol-1．
19．设NA为阿伏加德罗常数的数值，下列叙述正确的是（　　）
A．常温常压下，20 g 氖气所含有的分子数目为0.5NA
B．常温下，46 g 乙醇含C-H键数目为6NA
C．1.5 mol NO2与足量H2O反应，转移的电子数为NA
D．将0.1 mol 乙酸乙酯滴加到稀硫酸中水解，生成0.1NA个CH3COOH分子
20．将一定量的锌粒与200mL某浓度的盐酸完全反应，生成5.6L H2（标准状况）．
（1）写出该反应的化学方程式Zn+2HCl═ZnCl2+H2↑；
（2）计算该盐酸中HCl的物质的量浓度．

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