Question

15．多晶硅是太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的基礎材料．制備多晶硅必須先得到高純硅．三氯甲硅烷（SiHCl₃）是一種可燃，易與水反應的氣體，當前制備高純硅的主要方法是在一定條件下以三氯甲硅烷為原料用氫氣還原，其生產(chǎn)流程如圖所示：

物質	Si	SiCl4	SiHCl3	SiH2Cl2	SiH3Cl	HCl	SiH4
沸點/℃	2 355	57.6	31.8	8.2	-30.4	-84.9	-111.9

（1）①流化床反應器中主要反應的化學方程式是Si+3HCl$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂，
在生成的產(chǎn)物中，SiHCl₃大約占85%，還有SiCl₄、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl等，提純SiHCl₃的主要工藝操作依次是沉降、冷凝和精餾．
②整個制備過程中必須保證無水無氧．SiHCl₃遇H₂O劇烈反應生成H₂SiO₃、HCl和另一種物質，寫出該反應的化學方程式：SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃↓+3HCl↑+H₂↑．
③H₂還原SiHCl₃過程中若混入O₂，可能引起的后果是O₂與SiHCl₃、H₂混合可能引起爆炸．
（2）該工藝流程可循環(huán)利用的物質是H₂和HCl．
（3）Na₂SiO₃的水溶液俗稱水玻璃，用水玻璃可制得高純度SiO₂．取少量水玻璃于試管中，逐滴加入飽和NH₄Cl溶液，振蕩．觀察到的實驗現(xiàn)象是試管中有白色膠狀沉淀生成，有刺激性氣味氣體生成．
（4）電弧爐中制得的粗硅中含有副產(chǎn)物SiC，已知其中Si和SiC的物質的量之比為2：1，
制取粗硅時的化學方程式是3SiO₂+7C═2Si+SiC+6CO↑，
若在反應中生成了2.8g Si，則轉移電子數(shù)為0.6N_A或3.612×10²³．

Answer 1

分析 石英砂和焦炭高溫加熱反應生成粗硅和一氧化碳，粗硅在流化床反應器中和HCl反應生成SiHCl₃和氫氣，氫氣在后面可以循環(huán)利用，在還原爐中被氫氣還原生成高純硅，同時生成HCl可循環(huán)利用，
（1）①流化床反應器中Si和HCl反應生成SiHCl₃和氫氣；根據(jù)SiHCl₃、SiCl₄、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl的沸點可知，提純SiHCl₃的主要工藝操作依次是沉降、冷凝和精餾；
②SiHCl₃遇H₂O劇烈反應生成H₂SiO₃、HCl和另一種物質為H₂，根據(jù)元素守恒可寫出反應的化學方程式；
③H₂、SiHCl₃是一種可燃性氣體，所以若混入O₂，加熱后會引起爆炸；
（2）根據(jù)上面的分析可知可循環(huán)利用的物質；
（3）由于 氯化銨溶液水解呈酸性，所以Na₂SiO₃的水溶液中加入飽和NH₄Cl溶液會生成硅酸沉淀；
（4）電弧爐中用碳還原二氧化硅生Si和SiC的物質的量之比為2：1，根據(jù)元素守恒和電荷守恒書寫化學方程式，根據(jù)反應中電子轉移數(shù)目可計算出2.8g Si轉移電子數(shù)．

解答 解：石石英砂和焦炭高溫加熱反應生成粗硅和一氧化碳，粗硅在流化床反應器中和HCl反應生成SiHCl₃和氫氣，氫氣在后面可以循環(huán)利用，在還原爐中被氫氣還原生成高純硅，同時生成HCl可循環(huán)利用，
（1）①流化床反應器中Si和HCl反應生成SiHCl₃和氫氣，反應的化學方程式為Si+3HCl$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂，根據(jù)SiHCl₃、SiCl₄、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl的沸點可知，提純SiHCl₃的主要工藝操作依次是沉降、冷凝和精餾，
故答案為：Si+3HCl$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂；精餾；
②SiHCl₃遇H₂O劇烈反應生成H₂SiO₃、HCl和另一種物質為H₂，反應的化學方程式為SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃↓+3HCl↑+H₂↑，
故答案為：SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃↓+3HCl↑+H₂↑；
③H₂、SiHCl₃是一種可燃性氣體，所以若混入O₂，加熱后會引起爆炸，
故答案為：O₂與SiHCl₃、H₂混合可能引起爆炸；
（2）根據(jù)上面的分析可知可循環(huán)利用的物質為H₂和HCl，
故答案為：H₂和HCl；
（3）由于 氯化銨溶液水解呈酸性，所以Na₂SiO₃的水溶液中加入飽和NH₄Cl溶液會生成硅酸沉淀，同時有氨氣生成，所以反應的現(xiàn)象為試管中有白色膠狀沉淀生成，有刺激性氣味氣體生成，
故答案為：試管中有白色膠狀沉淀生成，有刺激性氣味氣體生成；
（4）電弧爐中用碳還原二氧化硅生Si和SiC的物質的量之比為2：1，反應的化學方程式為3SiO₂+7C═2Si+SiC+6CO↑，反應中電子轉移數(shù)目為12，所以當有2.8g Si即0.1molSi生成時，轉移電子數(shù)為0.6 N_A或3.612×10²³，
故答案為：3SiO₂+7C═2Si+SiC+6CO↑；0.6 N_A或3.612×10²³．

點評 本題主要考查硅單質及其化合物的性質及其應用，涉及實驗原理及基本操作的分析，綜合性較強，考查學生的綜合思維能力．題目難度中等．