Question

Ⅰ．硅是信息产业、太阳能电池光电转化的基础材料．锌还原四氯化硅是一种有着良好应用前景的制备硅的方法，该制备过程示意图如图：

（1）焦炭在过程Ⅰ中做

 

剂．
（2）过程Ⅱ中Cl₂用电解饱和食盐水制备，制备Cl₂的化学方程式为

 

．
（3）整过生产过程必须严格控制无水．
①SiCl₄遇水剧烈水解生成SiO₂和一种酸，反应方程式为

 

．
②干燥Cl₂时从有利于充分干燥和操作安全的角度考虑，需将约90℃的潮湿氯气先冷却至12℃，然后再通入浓H₂SO₄中．冷却的作用是

 

．
（4）Zn还原SiCl₄的反应如下：
反应①：400℃～756℃，SiCl_4（g）+2Zn_（l）?Si_（S）+2ZnCl_2（l）△H₁＜0
反应②：756℃～907℃，SiCl_4（g）+2Zn_（l）?Si_（S）+2ZnCl_2（g）△H₂＜0
反应③：907℃～1410℃，SiCl_4（g）+2Zn_（g）?Si_（S）+2ZnCl_2（g）△H₃＜0
i．反应②的平衡常数表达式为

 

．
ii．对于上述三个反应，下列说明合理的是

 

．
a．升高温度会提高SiCl₄的转化率     b．还原过程需在无氧的气氛中进行
c．增大压强能提高反应速率          d．Na、Mg可以代替Zn还原SiCl₄．
（5）用硅制作太阳能电池时，为减弱光在硅表面的反射，可用化学腐蚀法在其表面形成粗糙的多孔硅层．腐蚀剂常用稀HNO₃和HF的混合液．硅表面首先形成SiO₂，最后转化成H₂SiF₆．用化学方程式表示SiO₂转化为H₂SiF₆的过程

 

．
Ⅱ．（1）甲烷、氢气、一氧化碳的燃烧热分别为a kJ?mol^-1，b kJ?mol^-1，c kJ?mol^-1，工业上利用天燃气和二氧化碳反应制备合成气（CO、H₂），其热化学反应方程式为

 

．
（2）已知Ksp（AgCl）=1.8×10^-10，Ksp（AgI）=1.5×10^-16，Ksp（Ag₂CrO₄）=2.0×10^-12，三种难溶盐的饱和溶液中，Ag⁺浓度大小的顺序为

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,热化学方程式,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：基本概念与基本理论

分析：I．（1）依据碳与二氧化硅反应中元素化合价变化判断；
（2）电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气；
（3）依据反应中原子个数守恒，结合产物性质写方程式；
（4）i．K=生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积之比；
ii．反应2与反应1比较，反应2产物为固体和气体比反应1更易于分离，反应3与反应2比较，温度高，反应速率更快；
（5）氟化氢跟二氧化硅反应生成四氟化硅和水，四氟化硅和氟化氢直接反应生成H₂SiF₆；
II．（1）根据甲烷、氢气、一氧化碳的燃烧热分先书写热方程式，再利用盖斯定律来分析天燃气和二氧化碳反应制备合成气（CO、H₂）的热化学方程式；
（2）据对应化学式相似的AgCl和AgI来说K_sp越小Ag⁺浓度越小，即AgCl＞AgI；假设Ag₂CrO₄饱和溶液中Ag⁺的浓度为x，则CrO₄^2-的浓度为0.5x，由溶度积常数的表达式计算比较即可．

解答： 解：I．（1）碳与二氧化硅反应方程式为SiO₂+2C

高温  .

Si+2CO↑，碳元素在反应中化合价升高，发生氧化反应，碳做还原剂，故答案为：还原；
（2）电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气，方程式为：2NaCl+2H₂O

电解  .

2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，故答案为：2NaCl+2H₂O

电解  .

2NaOH+Cl₂↑+H₂↑；
（3）根据SiCl₄遇水剧烈水解生成SiO₂和一种酸信息，反应物是SiCl₄和水，生成物为二氧化硅，根据氧原子守恒，水分子前的系数为2，根据氢原子和氯原子守恒，另一产物为氯化氢，氯化氢前的系数为4，化学反应方程式为SiCl₄+2H₂O═SiO₂+4HCl，故答案为：SiCl₄+2H₂O═SiO₂+4HCl；
（4）i．SiCl_4（g）+2Zn_（l）═Si_（S）+2ZnCl_2（g）平衡常数表达式为：K=

c2(ZnCl2)

c(SiCl4)

，故答案为：K=

c2(ZnCl2)

c(SiCl4)

；
ii．①对于三个反应，反应热都是△H＜0表示放热，
a．升高温度，平衡向吸热的方向移动，所以会降低SiCl₄的转化率，故a错误；
b．Si遇氧气在高温的条件下反应生成二氧化硅，所以还原过程需在无氧的气氛中进行，b正确；
c．有气体参加的反应，增大压强，能加快反应的速率，对于三个反应，都有气体参与，所以增大压强，能提高反应的速率，故c正确；
d．Na、Mg都是还原性比较强的金属，可以代替Zn还原SiCl₄，故d正确；
故答案为：bcd；
（5）二氧化硅和氢氟酸：SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O；SiF₄+2HF=H₂SiF₆，所以用稀HNO₃和HF的混合液，硅表面首先形成SiO₂，最后转化为H₂SiF₆的化学方程式为SiO₂+6HF═H₂SiF₆+2H₂O，故答案为：SiO₂+6HF═H₂SiF₆+2H₂O；
II．（1）甲烷、氢气、一氧化碳的燃烧热分别为akJ?mol^-1，bkJ?mol^-1，ckJ?mol^-1，则
①CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-ckJ?mol^-1
②CH₄（l）+2O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-akJ?mol^-1
③H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-bkJ?mol^-1
由盖斯定律可知用②-①×2-③×2得反应CH₄（l）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g），
该反应的反应热△H=-akJ?mol^-1-（-2c）kJ?mol^-1-（-2bkJ?mol^-1）=-（a-2b-2c）kJ?mol^-1，
故答案为：CH₄（l）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=-（a-2b-2c）kJ?mol^-1；
（2）根据对应化学式相似的AgCl和AgI来说K_sp越小Ag⁺浓度越小，即AgCl＞AgI；假设Ag₂CrO₄饱和溶液中Ag⁺的浓度为x，则CrO₄^2-的浓度为0.5x，由溶度积常数的表达式可知K_sp（Ag₂CrO₄）=x²×0.5x=0.5x³=2.0×10^-12，x³=4.0×10^-12，即x═

3	4.0×10-12

，因为AgCl饱和溶液中Ag⁺的浓度为

1.8×10-10

，所以Ag₂CrO₄＞AgCl，故顺序为：Ag₂CrO₄＞AgCl＞AgI，故答案为：Ag₂CrO₄＞AgCl＞AgI．

点评：本题考查了硅的制备方案设计、硅及其化合物的性质及化学平衡相关知识、盖斯定律的应用、溶度积的有关计算等，掌握平衡移动原理的运用，掌握硅及其化合物的性质是解答的关键，难度中等，侧重于考查学生的实验能力和对基础知识的综合应用能力．