Question

工業(yè)生產(chǎn)粗硅的反應(yīng)有：SiO₂+2C

3273K  .

Si（粗）+2CO↑；SiO₂+3C

3273K  .

SiC+2CO↑．
（1）若產(chǎn)品中粗硅與碳化硅的物質(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）粗硅進(jìn)一步制備純硅的原理如下：
Si（粗）+2Cl₂（g） 

723～773K  .

SiCl₄（l）；SiCl₄+2H₂

1373～1453K  .

Si（純）+4HCl．
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)25.2噸純硅需純度為75%石英砂

 

 噸．
（3）工業(yè)上還可以通過(guò)如下圖所示的流程制取純硅：

若反應(yīng)①為：Si（粗）+3HCl（g）

553～573K  .

SiHCl₃（l）+H₂（g）；則反應(yīng)②的化學(xué)方程式為

 

．
假設(shè)每一輪次生產(chǎn)過(guò)程中，硅元素沒有損失，反應(yīng)①中HCl的利用率為α₁，反應(yīng)②中H2的利用率為α₂，若制備1mol純硅，在第二輪次的生產(chǎn)中，現(xiàn)補(bǔ)充投入HCl和H₂的物質(zhì)的量之比是5：1．則α₁與α₂的代數(shù)關(guān)系式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：計(jì)算題,元素及其化合物

分析：（1）根據(jù)方程式中碳和二氧化硅、硅、碳化硅之間的關(guān)系式計(jì)算；
（2）根據(jù)石英砂和硅之間關(guān)系式計(jì)算；
（3）根據(jù)反應(yīng)物、生成物和反應(yīng)條件寫出反應(yīng)方程式，根據(jù)損失多少補(bǔ)充多少的原則，根據(jù)硅和氯化氫、氫氣的關(guān)系式計(jì)算需要的氯化氫和氫氣．

解答： 解：（1）設(shè)硅、碳化硅的物質(zhì)的量都是xmol，根據(jù)方程式知，生成xmol硅、xmol碳化硅需要的二氧化硅的物質(zhì)的量是2xmol、碳的物質(zhì)的量是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=125
故答案為：125；
（3）由工藝流程可知，反應(yīng)②是氫氣與SiHCl₃反應(yīng)生成Si（純）、HCl，反應(yīng)方程式為：SiHCl₃+H₂

1373～1453K  .

Si（純）+3HCl，
由工藝流程與反應(yīng)①、反應(yīng)②可知，補(bǔ)充的HCl等于損失的HCl、補(bǔ)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(shí)際通入的HCl為

3

α1

mol，補(bǔ)充的HCl為（

3

α1

-3）mol，由反應(yīng)②可知，需要?dú)錃獾奈镔|(zhì)的量為1mol，實(shí)際通入氫氣為

1

α2

mol，補(bǔ)充的氫氣為（

1

α2

-1）mol，故（

3

α1

-3）mol：（

1

α2

-1）mol=5：1，整理得5α₁=3α₂+2α₁α₂，
故答案為：SiHCl₃+H₂

1373～1453K  .

Si（純）+3HCl；5α₁=3α₂+2α₁α₂．

點(diǎn)評(píng)：本題考查物質(zhì)的量的有關(guān)計(jì)算，明確物質(zhì)之間的關(guān)系是解本題關(guān)鍵，難度不大．