Question

Ⅰ．硅是信息產(chǎn)業(yè)、太陽能電池光電轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)材料．鋅還原四氯化硅是一種有著良好應(yīng)用前景的制備硅的方法，該制備過程示意圖如圖：

（1）焦炭在過程Ⅰ中做

 

劑．
（2）過程Ⅱ中Cl₂用電解飽和食鹽水制備，制備Cl₂的化學(xué)方程式為

 

．
（3）整過生產(chǎn)過程必須嚴(yán)格控制無水．
①SiCl₄遇水劇烈水解生成SiO₂和一種酸，反應(yīng)方程式為

 

．
②干燥Cl₂時從有利于充分干燥和操作安全的角度考慮，需將約90℃的潮濕氯氣先冷卻至12℃，然后再通入濃H₂SO₄中．冷卻的作用是

 

．
（4）Zn還原SiCl₄的反應(yīng)如下：
反應(yīng)①：400℃～756℃，SiCl_4（g）+2Zn_（l）?Si_（S）+2ZnCl_2（l）△H₁＜0
反應(yīng)②：756℃～907℃，SiCl_4（g）+2Zn_（l）?Si_（S）+2ZnCl_2（g）△H₂＜0
反應(yīng)③：907℃～1410℃，SiCl_4（g）+2Zn_（g）?Si_（S）+2ZnCl_2（g）△H₃＜0
i．反應(yīng)②的平衡常數(shù)表達(dá)式為

 

．
ii．對于上述三個反應(yīng)，下列說明合理的是

 

．
a．升高溫度會提高SiCl₄的轉(zhuǎn)化率     b．還原過程需在無氧的氣氛中進(jìn)行
c．增大壓強能提高反應(yīng)速率          d．Na、Mg可以代替Zn還原SiCl₄．
（5）用硅制作太陽能電池時，為減弱光在硅表面的反射，可用化學(xué)腐蝕法在其表面形成粗糙的多孔硅層．腐蝕劑常用稀HNO₃和HF的混合液．硅表面首先形成SiO₂，最后轉(zhuǎn)化成H₂SiF₆．用化學(xué)方程式表示SiO₂轉(zhuǎn)化為H₂SiF₆的過程

 

．
Ⅱ．（1）甲烷、氫氣、一氧化碳的燃燒熱分別為a kJ?mol^-1，b kJ?mol^-1，c kJ?mol^-1，工業(yè)上利用天燃?xì)夂投�氧化碳反�?yīng)制備合成氣（CO、H₂），其熱化學(xué)反應(yīng)方程式為

 

．
（2）已知Ksp（AgCl）=1.8×10^-10，Ksp（AgI）=1.5×10^-16，Ksp（Ag₂CrO₄）=2.0×10^-12，三種難溶鹽的飽和溶液中，Ag⁺濃度大小的順序為

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設(shè)計,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：基本概念與基本理論

分析：I．（1）依據(jù)碳與二氧化硅反應(yīng)中元素化合價變化判斷；
（2）電解氯化鈉溶液生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣；
（3）依據(jù)反應(yīng)中原子個數(shù)守恒，結(jié)合產(chǎn)物性質(zhì)寫方程式；
（4）i．K=生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積之比；
ii．反應(yīng)2與反應(yīng)1比較，反應(yīng)2產(chǎn)物為固體和氣體比反應(yīng)1更易于分離，反應(yīng)3與反應(yīng)2比較，溫度高，反應(yīng)速率更快；
（5）氟化氫跟二氧化硅反應(yīng)生成四氟化硅和水，四氟化硅和氟化氫直接反應(yīng)生成H₂SiF₆；
II．（1）根據(jù)甲烷、氫氣、一氧化碳的燃燒熱分先書寫熱方程式，再利用蓋斯定律來分析天燃?xì)夂投�氧化碳反�?yīng)制備合成氣（CO、H₂）的熱化學(xué)方程式；
（2）據(jù)對應(yīng)化學(xué)式相似的AgCl和AgI來說K_sp越小Ag⁺濃度越小，即AgCl＞AgI；假設(shè)Ag₂CrO₄飽和溶液中Ag⁺的濃度為x，則CrO₄^2-的濃度為0.5x，由溶度積常數(shù)的表達(dá)式計算比較即可．

解答： 解：I．（1）碳與二氧化硅反應(yīng)方程式為SiO₂+2C

高溫  .

Si+2CO↑，碳元素在反應(yīng)中化合價升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，碳做還原劑，故答案為：還原；
（2）電解氯化鈉溶液生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣，方程式為：2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，故答案為：2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+Cl₂↑+H₂↑；
（3）根據(jù)SiCl₄遇水劇烈水解生成SiO₂和一種酸信息，反應(yīng)物是SiCl₄和水，生成物為二氧化硅，根據(jù)氧原子守恒，水分子前的系數(shù)為2，根據(jù)氫原子和氯原子守恒，另一產(chǎn)物為氯化氫，氯化氫前的系數(shù)為4，化學(xué)反應(yīng)方程式為SiCl₄+2H₂O═SiO₂+4HCl，故答案為：SiCl₄+2H₂O═SiO₂+4HCl；
（4）i．SiCl_4（g）+2Zn_（l）═Si_（S）+2ZnCl_2（g）平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=

c2(ZnCl2)

c(SiCl4)

，故答案為：K=

c2(ZnCl2)

c(SiCl4)

；
ii．①對于三個反應(yīng)，反應(yīng)熱都是△H＜0表示放熱，
a．升高溫度，平衡向吸熱的方向移動，所以會降低SiCl₄的轉(zhuǎn)化率，故a錯誤；
b．Si遇氧氣在高溫的條件下反應(yīng)生成二氧化硅，所以還原過程需在無氧的氣氛中進(jìn)行，b正確；
c．有氣體參加的反應(yīng)，增大壓強，能加快反應(yīng)的速率，對于三個反應(yīng)，都有氣體參與，所以增大壓強，能提高反應(yīng)的速率，故c正確；
d．Na、Mg都是還原性比較強的金屬，可以代替Zn還原SiCl₄，故d正確；
故答案為：bcd；
（5）二氧化硅和氫氟酸：SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O；SiF₄+2HF=H₂SiF₆，所以用稀HNO₃和HF的混合液，硅表面首先形成SiO₂，最后轉(zhuǎn)化為H₂SiF₆的化學(xué)方程式為SiO₂+6HF═H₂SiF₆+2H₂O，故答案為：SiO₂+6HF═H₂SiF₆+2H₂O；
II．（1）甲烷、氫氣、一氧化碳的燃燒熱分別為akJ?mol^-1，bkJ?mol^-1，ckJ?mol^-1，則
①CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-ckJ?mol^-1
②CH₄（l）+2O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-akJ?mol^-1
③H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-bkJ?mol^-1
由蓋斯定律可知用②-①×2-③×2得反應(yīng)CH₄（l）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g），
該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-akJ?mol^-1-（-2c）kJ?mol^-1-（-2bkJ?mol^-1）=-（a-2b-2c）kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（l）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=-（a-2b-2c）kJ?mol^-1；
（2）根據(jù)對應(yīng)化學(xué)式相似的AgCl和AgI來說K_sp越小Ag⁺濃度越小，即AgCl＞AgI；假設(shè)Ag₂CrO₄飽和溶液中Ag⁺的濃度為x，則CrO₄^2-的濃度為0.5x，由溶度積常數(shù)的表達(dá)式可知K_sp（Ag₂CrO₄）=x²×0.5x=0.5x³=2.0×10^-12，x³=4.0×10^-12，即x═

3	4.0×10-12

，因為AgCl飽和溶液中Ag⁺的濃度為

1.8×10-10

，所以Ag₂CrO₄＞AgCl，故順序為：Ag₂CrO₄＞AgCl＞AgI，故答案為：Ag₂CrO₄＞AgCl＞AgI．

點評：本題考查了硅的制備方案設(shè)計、硅及其化合物的性質(zhì)及化學(xué)平衡相關(guān)知識、蓋斯定律的應(yīng)用、溶度積的有關(guān)計算等，掌握平衡移動原理的運用，掌握硅及其化合物的性質(zhì)是解答的關(guān)鍵，難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的實驗?zāi)芰�和對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力．