Question

多晶硅是太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的重要原料．
（1）由石英砂可制取粗硅，其相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：
SiO₂（s）+C（s）=SiO（g）+CO（g）△H=a KJ?mol^-1
2SiO（g）=Si（s）+SiO₂（s）△H=b KJ?mol^-1
①反應(yīng)SiO₂（s）+2C（s）=Si（s）+2CO（g）的△H=

 

kJ?mol^-1（用含a、b的代數(shù)式表示）．
②SiO是反應(yīng)過(guò)程中的中間產(chǎn)物．隔絕空氣時(shí)，SiO與NaOH溶液反應(yīng)（產(chǎn)物之一是硅酸鈉）的化學(xué)方程式是

 

．
（2）粗硅提純常見(jiàn)方法之一是先將粗硅與HCl制得SiHCl₃，經(jīng)提純后再用H₂還原：SiHCl₃（g）+H₂（g）?Si（s）+3HCl（g）不同溫度及不同n（H₂）/n（SiHCl₃）時(shí)，反應(yīng)物X的平衡轉(zhuǎn)化率關(guān)系如圖1；
①X是

 

（填“H₂”、“SiHCl₃”）．
②上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K（1150℃）

 

K（950℃）（選填“＞”、“＜”、“=”）
（3）SiH₄（硅烷）法生產(chǎn)高純多晶硅是非常優(yōu)異的方法．
①用粗硅作原料，熔鹽電解法制取硅烷原理如圖2，電解時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為

 

．
②硅基太陽(yáng)電池需用N、Si兩種元素組成的化合物Y作鈍化材料，它可由SiH₄與NH₃混合氣體進(jìn)行氣相沉積得到，已知Y中Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%，Y的化學(xué)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,硅和二氧化硅

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,碳族元素

分析：（1）①利用蓋斯定律分析，不管化學(xué)反應(yīng)是一步或分幾步完成，其反應(yīng)熱是不變的；依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式計(jì)算反應(yīng)熱；
②產(chǎn)物之一是硅酸鈉，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，化學(xué)反應(yīng)前后元素的種類和原子的個(gè)數(shù)不變書寫方程式；
（2）①根據(jù)圖象可知：橫坐標(biāo)表示氫氣的量增多；
②溫度越高，SiHCl₃的轉(zhuǎn)化率高，即反應(yīng)進(jìn)行的程度大；
（3）①電解池中的陽(yáng)極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，單質(zhì)硅失電子后和H^-結(jié)合生成SiH₄；
②Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%，氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，據(jù)此確定化學(xué)式；

解答： 解：（1）①Ⅰ、SiO₂（s）+C（s）=SiO（g）+CO（g）△H=a KJ?mol^-1
Ⅱ、2SiO（g）=Si（s）+SiO₂（s）△H=b KJ?mol^-1
由蓋斯定律可知，Ⅰ×2+Ⅱ得SiO₂（s）+2C（s）=Si（s）+2CO（g），故△H=（2a+b）KJ?mol^-1，
故答案為：2a+b；      
②SiO與NaOH溶液反應(yīng)，反應(yīng)物為：SiO、NaOH，產(chǎn)物為Na₂SiO₃，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，氫氧化鈉前系數(shù)為2，根據(jù)氫原子守恒產(chǎn)物為氫氣，所以化學(xué)反應(yīng)方程式為：SiO+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂↑，
故答案為：SiO+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂↑；
（2）①兩種反應(yīng)物，增加其中一種，另一種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率增大，自身的轉(zhuǎn)化率反而減小，橫坐標(biāo)表示氫氣的量增多，所以縱坐標(biāo)表示的轉(zhuǎn)化率提高應(yīng)為SiHCl₃，
故答案為：SiHCl₃；   
②當(dāng)

n(H2)

n(SiHCl3)

一定時(shí)，溫度越高，SiHCl₃的轉(zhuǎn)化率高，即反應(yīng)進(jìn)行的程度大，所以高溫時(shí)的化學(xué)平衡常數(shù)大，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度升高而增大，即K（1150℃）＞K（950℃）；
故答案為：＞；
（3）①此題類似于電解精煉銅的原理，用粗銅作為陽(yáng)極，從圖示知，H^-移向陽(yáng)極生成SiH₄，電極反應(yīng)式為Si+4H^--4e^-=SiH₄↑，
故答案為：Si+4H^--4e^-=SiH₄↑；
②n（Si）：n（N）=

60%

28

：

40%

14

=3：4，化學(xué)式為Si₃N₄，
故答案為：Si₃N₄．

點(diǎn)評(píng)：本題考查硅及其化合物的性質(zhì)，注意蓋斯定律的應(yīng)用，讀懂圖象、理順平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率間的關(guān)系、注意電化學(xué)電極反應(yīng)式的書寫是解題的關(guān)鍵，題目難度中等．