Question

工業(yè)生產(chǎn)粗硅的主要原理為：SiO₂+2C  ^3273K  Si(粗)+2CO↑。

（1）若在制粗硅的過(guò)程中同時(shí)生成了碳化硅，且生成的硅和碳化硅的物質(zhì)的量之比為5∶1，則參加反應(yīng)的C和SiO₂的質(zhì)量比為       ??             。

（2）工業(yè)上可通過(guò)如下流程由粗硅制取純硅：

					+氫氣
	+氯氣		提純

 

Si(粗)              SiCl₄(l)                        Si(純)

若上述反應(yīng)中Si(粗)和SiCl₄的利用率均為80%，制粗硅時(shí)有10%的SiO₂轉(zhuǎn)化為SiC，則生產(chǎn)100.8t純硅需純度為75%的石英砂多少噸？

（3）工業(yè)上還可以通過(guò)下圖所示的流程來(lái)制取純硅：

 

反應(yīng)①： Si(粗)+3HCl(g)   ^553~573K   SiHCl₃(l)+H₂(g)

反應(yīng)②： SiHCl₃+H₂   ^1373K   Si(純)+3HCl

假設(shè)在每一輪次的投料生產(chǎn)中，硅元素沒(méi)有損失，反應(yīng)①中HCl的利用率為75%，反應(yīng)②中H₂的利用率為80%，則在下輪次的生產(chǎn)中，需補(bǔ)充投入HCl和H₂的體積比為多少？

Answer 1

（1）① SiO₂+2C  ^3273K  Si(粗)+2CO↑   ② Si+ C=SiC 若①×6+ ②得

 6SiO₂+13C  ^3273K  5Si(粗)+SiC+ 12CO↑ ，此時(shí)兩者質(zhì)量比為（12×13）：（60×6）=13：30

（2）設(shè)需純度為75%的石英砂x。

根據(jù)題意有下列關(guān)系式：

SiO₂     ~      Si    ~    SiCl₄    ~    Si(純)

    60                                       28

x×75%×(1-10%)×80%×80%                    100.8t （2分）

   解得：x=500t  （2分）

（3）設(shè)每輪生產(chǎn)投入的粗硅中含1molSi

則由反應(yīng)①可知：

消耗HCl的物質(zhì)的量為3 mol /75%=4mol，生成H₂的物質(zhì)的量為1mol（1分）

由反應(yīng)②可知：

消耗H₂的物質(zhì)的量為1mol/80%=1.25mol，生成HCl的物質(zhì)的量為3mol （1分）

則在一輪次的生產(chǎn)中，需補(bǔ)充投入HCl和H₂的物質(zhì)的量之比（即體積比）為：

(4mol-3mol)∶(1.25mol-1mol)=4∶1（1分）

解析:

（1）① SiO₂+2C  ^3273K  Si(粗)+2CO↑   ② Si+ C=SiC 若①×6+ ②得

 6SiO₂+13C  ^3273K  5Si(粗)+SiC+ 12CO↑ ，此時(shí)兩者質(zhì)量比為（12×13）：（60×6）=13：30

（2）設(shè)需純度為75%的石英砂x。

根據(jù)題意有下列關(guān)系式：

SiO₂     ~      Si    ~    SiCl₄    ~    Si(純)

    60                                       28

x×75%×(1-10%)×80%×80%                    100.8t （2分）

   解得：x=500t  （2分）

（3）設(shè)每輪生產(chǎn)投入的粗硅中含1molSi

則由反應(yīng)①可知：

消耗HCl的物質(zhì)的量為3 mol /75%=4mol，生成H₂的物質(zhì)的量為1mol（1分）

由反應(yīng)②可知：

消耗H₂的物質(zhì)的量為1mol/80%=1.25mol，生成HCl的物質(zhì)的量為3mol （1分）

則在一輪次的生產(chǎn)中，需補(bǔ)充投入HCl和H₂的物質(zhì)的量之比（即體積比）為：

(4mol-3mol)∶(1.25mol-1mol)=4∶1（1分）