Question

16．光纤通讯是光导纤维传送信号的一种通讯手段，合成光导纤维及氮化硅（一种无机涂层）的工艺流程如图：

回答下列问题：
（1）反应I的化学方程式为2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑，其中还原剂为C（填化学式），该反应涉及的副反应可能有（碳不足）C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+CO₂↑和（碳足量）3C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiC+2CO↑．
（2）经反应Ⅱ所得的四氯化硅粗品中所含的物质如表：

组分名称	SiCl4	SiHCl3	SiH2Cl2	HCl	BCl3	PCl3
质量分数	0.545	0.405	0.0462	0.0003	0.00193	0.00157
沸点/℃	57.6	31.8	8.2	-85	12.5	75.5

图中“操作X”的名称为精馏（或蒸馏或分馏）；PCl₃的电子式为．
（3）已知反应Ⅳ的化学方程式为3SiCl₄+4NH₃$\frac{\underline{\;1400℃\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl，则反应Ⅲ和Ⅳ中尾气的用途为制取盐酸．若向一2L恒容密闭容器中投入1mol SiC1₄和1mol NH₃，6min后反应完全，则0～6min内，HCl的平均反应速率为0.25 mol•L^-l•min^-l．

Answer 1

分析 根据流程反应I为焦炭和石英砂高温条件下发生反应2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑，反应Ⅱ主要为Si与氯气高温反应生成SiCl₄，根据所得的四氯化硅粗品中所含的物质的沸点不同，经过精馏（或蒸馏或分馏）得到纯SiCl₄，反应Ⅲ为SiCl₄与氢气、氧气在1500℃时反应SiCl₄+O₂+2H₂$\frac{\underline{\;1500℃\;}}{\;}$SiO₂+4HCl，反应IV为SiCl₄与NH₃在1400℃时反应3SiCl₄+4NH₃$\frac{\underline{\;1400℃\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl，
（1）还原剂失去电子发生氧化反应；碳足量时，生成碳化硅和CO；
（2）根据表中数据分析；PCl₃为共价化合物；
（3）反应Ⅲ和Ⅳ中尾气为氯化氢气体；根据v=$\frac{△c}{△t}$计算．

解答 解：（1）反应2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑中，C元素化合价升高被氧化，为还原剂；），该反应涉及的副反应可能有（碳不足）C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+CO₂↑和（碳足量）3C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiC+2CO↑；
故答案为：C；3C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiC+2CO↑；
（2）根据所得的四氯化硅粗品中所含的物质的沸点不同，经过蒸馏得到纯SiCl₄，所以“操作X”的名称为精馏（或蒸馏或分馏），PCl₃为共价化合物，则电子式为：；
故答案为：精馏（或蒸馏或分馏）；；
（3）反应Ⅲ为SiCl₄与氢气、氧气在1500℃时反应生成SiO₂和HCl，方程式为：SiCl₄+O₂+2H₂$\frac{\underline{\;1500℃\;}}{\;}$SiO₂+4HCl，反应IV为SiCl₄与NH₃在1400℃时反应生成Si₃N₄和HCl，方程式为：3SiCl₄+4NH₃$\frac{\underline{\;1400℃\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl，所以反应III和IV中尾气HCl的用途为制取盐酸，
若向一2L恒容密闭容器中投入1mol SiC1₄和1mol NH₃，发生反应3SiCl₄+4NH₃$\frac{\underline{\;1400℃\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl，SiC1₄过量，氨气反应完全，6min后反应完全，则生成的n（HCl）=3mol，0～6min内，HCl的平均反应速率为$\frac{3mol÷2L}{6min}$=0.25mol•L^-l•min^-l；
故答案为：制取盐酸；0.25．

点评 本题考查物质的制备实验方案的设计，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，为高考常见题型，难度中等，注意把物质的性质和物质反应量的关系．