Question

工業(yè)生產(chǎn)硅（粗）的主要原理為：SiO₂+2CSi（粗）+2CO↑．
（1）在制硅（粗）的過程中同時會有碳化硅生成，若產(chǎn)物硅和碳化硅的物質(zhì)的量之比為1：1，則參加反應(yīng)的C 和SiO₂的質(zhì)量比為______．
（2）工業(yè)上可通過以下步驟實現(xiàn)硅（粗）高度純化：
Si（粗）+2Cl₂（g）SiCl₄（l）；SiCl₄+2H₂Si（純）+4HCl
若上述反應(yīng)中Si（粗）和SiCl₄的利用率均為80%，制粗硅時有10%的SiO₂轉(zhuǎn)化為SiC，則生產(chǎn)25.2噸純硅需純度為75%石英砂多少噸？
（3）工業(yè)上還可以通過如下圖所示的流程制取純硅：

反應(yīng)①：Si（粗）+3HCl（g）SiHCl₃（l）+H₂（g）
反應(yīng)②：SiHCl₃+H₂Si（純）+3HCl
假設(shè)在每一輪次的投料生產(chǎn)中，硅元素沒有損失，反應(yīng)①中HCl的利用率為75%，反應(yīng)②中H₂的利用率為80%．設(shè)損失的HCl、H₂不能參與循環(huán)，則在下一輪次的生產(chǎn)中，需補充投入HCl和H₂的物質(zhì)的量之比是多少？______．

Answer 1

解：（1）設(shè)硅、碳化硅的物質(zhì)的量都是xmol，根據(jù)方程式知，根據(jù)反應(yīng)SiO₂+2CSi（粗）+2CO↑，SiO₂+3CSiC+2CO↑，
x 2x x x 3x x
生成xmol硅、xmol碳化硅需要的二氧化硅的物質(zhì)的量是xmol+xmol=2xmol、碳的物質(zhì)的量是2x+3x=5xmol，
所以參加反應(yīng)的 C 和 SiO₂ 的質(zhì)量比=（5x×12）g：（2x×60）g=1：2，
故答案為：1：2；
（2）設(shè)需要生產(chǎn)25.2噸純硅需純度為75%石英砂m噸，則：
SiO₂ ～SiCl₄ ～Si（純）
60 28
m噸×75%×（1-10%）×80%×80% 25.2噸
所以m噸×75%×（1-10%）×80%×80%：25.2噸=60：28
解得m=125t
答：生產(chǎn)25.2噸純硅需純度為75%石英砂125噸；
（3）由工藝流程與反應(yīng)①、反應(yīng)②可知，補充的HCl等于損失的HCl、補充的氫氣等于損失的氫氣，制備1mol純硅需要1mol粗硅，由反應(yīng)①可知需要HCl物質(zhì)的量為3mol，故實際通入的HCl為，補充的HCl為-3mol=1mol，
由反應(yīng)②可知，需要氫氣的物質(zhì)的量為1mol，實際通入氫氣為mol，補充的氫氣為-1mol=0.25mol，故需補充投入HCl和H₂的物質(zhì)的量之比是1：0.25=4：1，
故答案為：4：1．
分析：（1）根據(jù)反應(yīng)SiO₂+2CSi（粗）+2CO↑，SiO₂+3CSiC+2CO↑及硅和碳化硅的物質(zhì)的量之比為1：1，計算出參加反應(yīng)的C 和SiO₂的質(zhì)量比；
（2）根據(jù)石英砂和硅之間關(guān)系式進行計算；
（3）由工藝流程與反應(yīng)①、反應(yīng)②可知，補充的HCl等于損失的HCl、補充的氫氣等于損失的氫氣，分別計算出損失的氯化氫和氫氣的物質(zhì)的量即可．
點評：本題考查物質(zhì)的量的有關(guān)計算，明確物質(zhì)之間的關(guān)系是解本題關(guān)鍵，本題難度不大．