Question

【題目】硅單質及其化合物應用范圍很廣。

(1)制備硅半導體材料必須先得到高純硅，工業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 ℃條件下反應制得SiCl4；

Ⅲ.SiCl4液體經精餾提純后與過量H2在1 100～1 200 ℃條件下反應制得高純硅。

已知SiCl4沸點為57.6 ℃，能與H2O強烈反應。

請回答下列問題：

①第Ⅲ步反應的化學方程式為____________________________________。

②整個制備純硅的過程中必須嚴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生白色煙霧，其生成物是_______；H2還原SiCl4過程中若混入O2，可能引起的后果是________________________________________。

(2)二氧化硅被大量用于生產玻璃。工業上用SiO2、Na2CO3和CaCO3共283 kg在高溫下完全反應時放出CO2 44 kg，生產出的玻璃可用化學式Na2SiO3·CaSiO3·xSiO2表示，則其中x＝________。

Answer 1

【答案】 2H2＋SiCl4Si＋4HCl H2SiO3(或H4SiO4)和HCl 爆炸 4

【解析】(1)①氫氣在1 100～1 200 ℃條件下能與四氯化硅反應生成單質硅和氯化氫，其化學反應方程式為：2H2＋SiCl4 Si＋4HCl；②SiCl4在潮濕的空氣中因水解而產生白色煙霧，則SiCl4與水反應生成H2SiO3（或H4SiO4）和HCl，H2還原SiCl4過程中若混入O2，可能引起爆炸；（2）玻璃的化學組成可根據反應原理得到，

Na2CO3+SiO2NaSiO3+CO2↑；CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑；由化學式Na2SiO3CaSiO3xSiO2反應的Na2CO3和CaCO3的物質的量相等，n（CO2）=n（Na2CO3）+n（CaCO3）=n（SiO2反應）==1000mol；n（Na2CO3）=n（CaCO3）=500mol，500molNa2CO3的質量是53kg，500molCaCO3的質量是50kg，1000molSiO2的質量是60kg，n（SiO2過量）==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，答案為：4。