Question

工业生产粗硅的反应有：SiO₂+2C

3273K  .

Si（粗）+2CO↑；SiO₂+3C

3273K  .

SiC+2CO↑．
（1）若产品中粗硅与碳化硅的物质的量之比为1：1，则参加反应的 C 和 SiO₂ 的质量比为

 

．
（2）粗硅进一步制备纯硅的原理如下：
Si（粗）+2Cl₂（g） 

723～773K  .

SiCl₄（l）；SiCl₄+2H₂

1373～1453K  .

Si（纯）+4HCl．
若上述反应中Si（粗）和SiCl₄的利用率均为80%，制粗硅时有10%的SiO₂转化为SiC，则生产25.2吨纯硅需纯度为75%石英砂

 

 吨．
（3）工业上还可以通过如下图所示的流程制取纯硅：

若反应①为：Si（粗）+3HCl（g）

553～573K  .

SiHCl₃（l）+H₂（g）；则反应②的化学方程式为

 

．
假设每一轮次生产过程中，硅元素没有损失，反应①中HCl的利用率为α₁，反应②中H2的利用率为α₂，若制备1mol纯硅，在第二轮次的生产中，现补充投入HCl和H₂的物质的量之比是5：1．则α₁与α₂的代数关系式为

 

．

Answer 1

考点：化学方程式的有关计算,制备实验方案的设计

专题：计算题,元素及其化合物

分析：（1）根据方程式中碳和二氧化硅、硅、碳化硅之间的关系式计算；
（2）根据石英砂和硅之间关系式计算；
（3）根据反应物、生成物和反应条件写出反应方程式，根据损失多少补充多少的原则，根据硅和氯化氢、氢气的关系式计算需要的氯化氢和氢气．

解答： 解：（1）设硅、碳化硅的物质的量都是xmol，根据方程式知，生成xmol硅、xmol碳化硅需要的二氧化硅的物质的量是2xmol、碳的物质的量是5xmol，所以参加反应的 C 和 SiO₂ 的质量比=（5x×12）g：（2x×60）g=1：2，
故答案为：1：2；
（2）设需要生产25.2吨纯硅需纯度为75%石英砂m吨，则：
                 SiO₂～SiCl₄～Si（纯）
                 60              28
 m吨×75%×（1-10%）×80%×80%    25.2吨    
所以m吨×75%×（1-10%）×80%×80%：25.2吨=60：28
解得m=125
故答案为：125；
（3）由工艺流程可知，反应②是氢气与SiHCl₃反应生成Si（纯）、HCl，反应方程式为：SiHCl₃+H₂

1373～1453K  .

Si（纯）+3HCl，
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

3

α1

mol，补充的HCl为（

3

α1

-3）mol，由反应②可知，需要氢气的物质的量为1mol，实际通入氢气为

1

α2

mol，补充的氢气为（

1

α2

-1）mol，故（

3

α1

-3）mol：（

1

α2

-1）mol=5：1，整理得5α₁=3α₂+2α₁α₂，
故答案为：SiHCl₃+H₂

1373～1453K  .

Si（纯）+3HCl；5α₁=3α₂+2α₁α₂．

点评：本题考查物质的量的有关计算，明确物质之间的关系是解本题关键，难度不大．