组卷网 > 高中化学综合库 > 常见无机物及其应用 > 碳族元素及其化合物 > 硅单质 > 硅的制备
题型:解答题-工业流程题 难度:0.65 引用次数:354 题号:9317811
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)的工艺流程如下:
   
回答下列问题:
(1)反应Ⅰ的化学方程式为2C+SiO2Si+2CO↑,其中还原剂为______,产物Si在周期表中位于______,该反应涉及的副反应可能有C+SiO2Si+CO2↑(碳不足)和______(碳足量)。
(2)经反应Ⅱ所得的四氯化硅粗品中所含的物质如下:
组分名称HCl
质量分数
沸点

图中“操作X”的名称为______的电子式为______
(3)反应Ⅳ的化学方程式为 3SiCl4+4NH3Si3N4+12HCl,若向2 L恒容密闭容器中投入1 mol 和1 mol ,6 min后反应完全,则 min内,HCl的平均反应速率为______ mol•L-l•min-l;反应Ⅲ的与Ⅳ产生的气体相同,则反应Ⅲ化学方程式为______。反应Ⅲ中的原料气在碱性条件下可构成燃料电池,其正极反应的电极方程式为______

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解题方法
【推荐1】作为推行“低碳经济”的重要科技进步,太阳能光伏发电成为重要的新型能源。太阳能光伏发电最关键的材料是高纯硅,三氯甲硅烷()还原法是当前制备高纯硅()的主要方法,生产流程示意如下:

(1)石英砂的主要成分是,其能与反应生成硅酸钠和水,则_______(酸性氧化物或碱性氧化物),写出该反应化学方程式_______
(2)“精馏”也是蒸馏的一种形式,通过蒸馏可把液体混合物分离开,原理是利用混合物各成分的_______(填“熔点”或“沸点”)不同。
(3)制取粗的反应为:(未配平),该条件下,气体和足量硅充分反应生成气体和,则化学式为_______
(4)整个制备过程必须达到无水无氧,在还原过程中若混入,除了生成外,还可能引起的后果是_______
(5)为达到绿色化学和资源综合利用的目的,在生产过程中物质A需要循环使用,A的化学式是_______
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【推荐2】江苏连云港开发硅产业比较发达,粗硅提纯经常用“三氯氢硅法”。将干燥的硅粉加入合成炉中,与通入的干燥氯化氢气体在280~330℃有氯化亚铜催化剂存在下进行氯化反应,反应气体旋风分离除去杂质,再用氯化钙冷冻盐水将气态三氯氢硅冷凝成液体,经粗馏塔蒸馏和冷凝,除去高沸物和低沸物,再经精馏塔蒸馏和冷凝,得到精制三氯氢硅液体。纯度达到七个“9”以上,杂质含量小于1×10-7,硼要求在0.5×10-9以下。提纯后的三氯氢硅送入不锈钢制的还原炉内,用超纯氢气作还原剂,在1050~1100℃还原成硅,并以硅芯棒为载体沉积而得多晶硅成品。其反应式如下:
Ⅰ.H2+Cl2=2HCl
Ⅱ.Si(粗)+3HCl(g)=SiHCl3(l)+H2(g)
Ⅲ.SiHCl3(l)+H2(g)=Si(纯)+3HCl(g)
   
据以上材料回答问题:
(1)电炉中发生反应后排出气体X的成份______(填化学式)。
(2)目前提倡“低碳类经济”,CO2的吸收转化成有机物可有效实现碳循环,是节能减排的有效措施。某物质y的核磁共振氢谱只有一个峰,与CO2可催化加聚生成自然降解的塑料聚碳酸酯,其反应方程式   。则Y的结构简式为___________
(3)在上述流程中可以循环使用的物质是________。(填名称)
(4)SiH4化学性质比较活泼,它在空气中自燃,有强还原性,在碱存在下迅速水解,由SiH4为原料进行氮化来制备Si3N4纳米材料,则你认为该材料中最大可能存在的杂质___(填化学式)。
(5)已知化学键如表
化学键Si—OSi—ClH—HH—ClSi—SiSi—C
键能/kJ·mol-1460360436431176347
则下述反应SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g),该反应的反应热 △H=___kJ·mol-1
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【推荐3】晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料,可用于制芯片和太阳能电池等。以下是工业上制取纯硅的一种方法。


请回答下列问题(各元素用相应的元素符号表示):
(1)在上述生产过程中,属于置换反应的有____(填反应代号)。
(2)写出反应③的化学方程式_______
(3)化合物W的用途很广,通常可用作建筑工业和造纸工业的黏合剂,可作肥皂的填充剂,是天然水的软化剂。将石英砂和纯碱按一定比例混合加热至1 373~1 623 K反应,生成化合物W,其化学方程式是___
(4)A、B、C三种气体在“节能减排”中作为减排目标的一种气体是___(填化学式);分别通入W溶液中能得到白色沉淀的气体是______(填化学式)。
(5)工业上合成氨的原料H2的制法是先把焦炭与水蒸气反应生成水煤气,再提纯水煤气得到纯净的H2,提纯水煤气得到纯净的H2的化学方程式为_______
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