Question

工业生产粗硅的主要原理为：SiO₂+2CSi(粗)+2CO↑。

(1)若在制粗硅的过程中同时生成了碳化硅，且生成的硅和碳化硅的物质的量之比为5∶1，则参加反应的C和SiO₂的质量比为____________。

(2)工业上可通过如下流程由粗硅制取纯硅：

Si(粗)SiCl₄(l) Si(纯)

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100.8 t纯硅需纯度为75%的石英砂多少吨？

(3)工业上还可以通过下图所示的流程来制取纯硅：

反应①：Si(粗)+3HCl(g) SiHCl₃(l)+H₂(g)

反应②：SiHCl₃+H₂Si(纯)+3HCl

假设在每一轮次的投料生产中，硅元素没有损失，反应①中HCl的利用率为75%，反应②中H₂的利用率为80%，则在下轮次的生产中，需补充投入HCl和H₂的体积比为多少？

Answer 1

(1)13∶30

(2)设需纯度为75%的石英砂的质量为x。

根据题意有下列关系式：

                SiO₂  —  Si    —    SiCl₄    —    Si(纯)

                  60                                          28

x×75%×(1-10%)×80%×80%             100.8 t

解得：x=500 t

(3)设每轮生产投入的粗硅中含1 mol Si，

则由反应①可知：消耗HCl的物质的量为3 mol/75%=4 mol，生成H₂的物质的量为1 mol。

由反应②可知：消耗H₂的物质的量为1 mol/80%=1.25 mol，生成HCl的物质的量为3 mol。

则在一轮次的生产中，需补充投入HCl和H₂的物质的量之比(即体积比)为：

(4 mol-3 mol)∶(1.25 mol-1 mol)=4∶1

解析：本题考查化学计算的能力。

(1)SiO₂+2CSi+2CO↑  Si+CSiC

当生成的硅和碳化硅的物质的量之比为5∶1时，参加反应的C和SiO₂的物质的量之比为13∶6。

(2)设需纯度为75%的石英砂x。根据题意有下列关系式：

               SiO₂  —  Si    —    SiCl₄    —    Si(纯)

                 60                                          28

x×75%×(1-10%)×80%×80%             100.8 t

解得：x=500 t

或由Si原子守恒：x×75%×(1-10%)×80%×80%/60=100.8/28

解得：x=500 t

(3)设每轮生产投入的粗硅中含1 mol Si。则由反应①可知：消耗HCl的物质的量为3 mol/75%=4 mol，生成H₂的物质的量为1 mol。由反应②可知：消耗H₂的物质的量为1 mol/80%=1.25 mol，生成HCl的物质的量为3 mol。则在一轮次的生产中，需补充投入HCl和H₂的物质的量之比(即体积比)为(4 mol-3 mol)∶(1.25 mol-1 mol)=4∶1。