Question

硅是信息產(chǎn)業(yè)、太陽(yáng)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(guò)程示意如下：          

（1）焦炭在過(guò)程Ⅰ中作______劑。

（2）過(guò)程Ⅱ中的Cl₂用電解飽和食鹽水制備，制備Cl₂的化學(xué)方程式是     。

（3）整個(gè)制備過(guò)程必須嚴(yán)格控制無(wú)水。

①SiCl₄遇水劇烈水解生成SiO₂和一種酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式是      。

②干燥Cl₂時(shí)，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℃，然后再通入到濃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℃ ，SiCl₄(g) + 2Zn(l)  Si(s) + 2ZnCl₂(l)   ΔH₁ <0 

反應(yīng)2：  756℃～907℃ ，SiCl₄(g) + 2Zn(l)  Si(s) + 2ZnCl₂(g)  ΔH₂ <0 

反應(yīng)3：  907℃～1410℃，SiCl₄(g) + 2Zn(g)  Si(s) + 2ZnCl₂(g)  ΔH₃ <0 

① 對(duì)于上述三個(gè)反應(yīng)，下列說(shuō)法合理的是_____。

a．升高溫度會(huì)提高SiCl₄的轉(zhuǎn)化率      b．還原過(guò)程需在無(wú)氧的氣氛中進(jìn)行

c．增大壓強(qiáng)能提高反應(yīng)的速率         d．Na、Mg可以代替Zn還原SiCl₄

② 實(shí)際制備過(guò)程選擇“反應(yīng)3”，選擇的理由是     。

③ 已知Zn(l)=Zn(g)  ΔH = +116 KJ/mol 。若SiCl₄的轉(zhuǎn)化率均為90%，每投入1mol SiCl₄，“反應(yīng)3”比“反應(yīng)2”多放出_____kJ的熱量。

（5）用硅制作太陽(yáng)能電池時(shí)，為減弱光在硅表面的反射，采用化學(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)化為H₂SiF₆。用化學(xué)方程式表示SiO₂轉(zhuǎn)化為H₂SiF₆的過(guò)程      。

 

Answer 1

【答案】

（1）還原劑（2分）

（2）2NaCl + 2H₂O2NaOH + Cl₂↑+ H₂↑（2分）

（3）① SiCl₄ + 2H₂O = SiO₂ + 4HCl （2分）

 ② 使水蒸氣冷凝，減少進(jìn)入濃硫酸的水量，保持持續(xù)的吸水性，并降低放出的熱量（2分）

（4） ① b c d（1分）

② 溫度高，反應(yīng)速率快；與前兩個(gè)反應(yīng)比較，更易于使硅分離，使化學(xué)平衡向右移動(dòng)，提高轉(zhuǎn)化率。（2分）

 ③ 208.8 （1分）

（5） SiO₂ +6HF = H₂SiF₆ + 2H₂O （2分）

【解析】

試題分析：石英砂主要成分是SiO₂，被碳還原為粗硅，與氯氣化合得到SiCl₄，在被還原得高純硅。SiCl₄水解生成的酸根據(jù)復(fù)分解原理，可推知為鹽酸；（4）①a、升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，降低SiCl₄的轉(zhuǎn)化率，錯(cuò)誤；b、鋅做還原劑應(yīng)在無(wú)氧的條件下進(jìn)行，正確；c、增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，提高SiCl₄的轉(zhuǎn)化率，正確；d、Na、Mg的還原性強(qiáng)，可以代替鋅，正確。③每投入1mol SiCl₄，反應(yīng)2摩爾鋅，熱量為332kJ，利用率為90%，可計(jì)算出結(jié)果208.8kJ。

考點(diǎn)：考查化學(xué)工藝流程、氧化還原反應(yīng)、方程式的書(shū)寫(xiě)、蓋斯定律