Question

11．硅單質(zhì)及其化合物應(yīng)用范圍很廣．
（1）制備硅半導(dǎo)體材料必須先得到高純硅，工業(yè)上可以按如下步驟制備高純硅．
Ⅰ．高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅；
Ⅱ．粗硅與干燥的氯氣在450～500℃條件下反應(yīng)制得SiCl₄；
Ⅲ．SiCl₄液體經(jīng)精餾提純后與過量H₂在1 100～1 200℃條件下反應(yīng)制得高純硅．
已知SiCl₄沸點(diǎn)為57.6℃，能與H₂O強(qiáng)烈反應(yīng)．
請回答下列問題：
①第Ⅲ步反應(yīng)的化學(xué)方程式為2H₂（g）+SiCl₄（g）$\frac{\underline{\;1100℃-1200℃\;}}{\;}$Si（s）+4HCl（g）．
②整個制備純硅的過程中必須嚴(yán)格控制在無水無氧的條件下．SiCl₄在潮濕的空氣中因水解而產(chǎn)生白色煙霧，其生成物是H₂SiO₃（或H₄SiO₄）和HCl；H₂還原SiCl₄過程中若混入O₂，可能引起的后果是爆炸．
（2）二氧化硅被大量用于生產(chǎn)玻璃．工業(yè)上用SiO₂、Na₂CO₃和CaCO₃共283kg在高溫下完全反應(yīng)時放出CO₂ 44kg，生產(chǎn)出的玻璃可用化學(xué)式Na₂SiO₃•CaSiO₃•xSiO₂表示，則其中x=4．

Answer 1

分析 （1）①氫氣能與四氯化硅在1 100～1 200℃條件下反應(yīng)制得高純硅和氯化氫；
②氫氣中混入氧氣可發(fā)生爆炸，SiCl₄與水反應(yīng)生成H₂SiO₃（或H₄SiO₄）和HCl；
（2）反應(yīng)過程中n（CO₂）=n（Na₂CO₃）+n（CaCO₃）=n（SiO₂反應(yīng)），據(jù)此計(jì)算．

解答 解：（1）①第Ⅲ步氫氣能與四氯化硅在1 100～1 200℃條件下反應(yīng)制得高純硅和氯化氫，則反應(yīng)的化學(xué)方程式：2H₂（g）+SiCl₄（g）$\frac{\underline{\;1100℃-1200℃\;}}{\;}$Si（s）+4HCl（g），
故答案為：2H₂（g）+SiCl₄（g）$\frac{\underline{\;1100℃-1200℃\;}}{\;}$Si（s）+4HCl（g）；
②SiCl₄在潮濕的空氣中因水解而產(chǎn)生白色煙霧，則SiCl₄與水反應(yīng)生成H₂SiO₃（或H₄SiO₄）和HCl，H₂還原SiCl₄過程中若混入O₂，可能引起爆炸，
故答案為：H₂SiO₃（或H₄SiO₄）和HCl；爆炸；
（2）玻璃的化學(xué)組成可根據(jù)反應(yīng)原理得到，
Na₂CO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$NaSiO₃+CO₂↑；CaCO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSiO₃+CO₂↑；
由化學(xué)式Na₂SiO₃•CaSiO₃•xSiO₂反應(yīng)的Na₂CO₃和CaCO₃的物質(zhì)的量相等，
n（CO₂）=n（Na₂CO₃）+n（CaCO₃）=n（SiO₂反應(yīng)）=$\frac{44kg}{44g/mol}$=1000mol；
n（Na₂CO₃）=n（CaCO₃）=500mol
500molNa₂CO₃的質(zhì)量是53kg，500molCaCO₃的質(zhì)量是50kg，1000molSiO₂的質(zhì)量是60kg，
n（SiO₂過量）=$\frac{283kg-50kg-53kg-60kg}{60g/mol}$=2000mol，
即剩余的二氧化硅和生成的硅酸鈣、硅酸鈉為2000：500：500=4：1：1，
所以x=4，故答案為：4．

點(diǎn)評 本題考查硅及其化合物的性質(zhì)和計(jì)算，（2）為易錯點(diǎn)，注意根據(jù)反應(yīng)的原理解題，題目難度中等．