Question

(15分)高純晶體硅是信息技術的關鍵材料。
（1）硅元素位于周期表的______周期______族。下面有關硅材料的說法中正確的是__________(填字母)。

A．碳化硅化學性質穩定,可用于生產耐高溫水泥

B．氮化硅硬度大、熔點高,可用于制作高溫陶瓷和軸承

C．高純度的二氧化硅可用于制造高性能通訊材料———光導纖維

D．普通玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的，故在玻璃尖口點燃H2時出現黃色火焰

E．鹽酸可以與硅反應,故采用鹽酸為拋光液拋光單晶硅
（2）工業上用石英砂和焦炭可制得粗硅。
已知：

請將以下反應的熱化學方程式補充完整：
SiO₂(s) + 2C(s) ="==" Si(s) + 2CO(g)   △H = ________
（3）粗硅經系列反應可生成硅烷(SiH₄)，硅烷分解生成高純硅。已知硅烷的分解溫度遠低于甲烷，用原子結構解釋其原因：_________，Si元素的非金屬性弱于C元素，硅烷的熱穩定性弱于甲烷。
（4）將粗硅轉化成三氯氫硅(SiHCl₃)，進一步反應也可制得高純硅。
①SiHCl₃中含有的SiCl₄、AsCl₃等雜質對晶體硅的質量有影響。根據下表數據，可用________ 方法提純SiHCl₃。

物質	SiHCl3	SiCl4	AsCl3
沸點/℃	32.0	57.5	131.6

②用SiHCl₃制備高純硅的反應為SiHCl₃(g) +H₂(g) Si(s) + 3HCl(g)， 不同溫度下，SiHCl₃的平衡轉化率隨反應物的投料比(反應初始時，各反應物的物質的量之比)的變化關系如右圖所示。下列說法正確的是________(填字母序號)。

a．該反應的平衡常數隨溫度升高而增大
b．橫坐標表示的投料比應該是
c．實際生產中為提高SiHCl₃的利用率，應適當升高溫度
③整個制備過程必須嚴格控制無水無氧。SiHCl₃遇水劇烈反應生成H₂SiO₃、HCl和另一種物質，寫出配平的化學反應方程式：____________________。

Answer 1

（1）3(1分)   ⅣA (1分)    BCD(2分)
（2）+638.4 kJ·mol^－1(2分) (單位寫錯扣1分)
（3）C和Si最外層電子數相同(或“是同主族元素”) (2分)，C原子半徑小于Si(或“C原子電子層數少于Si”) (2分)
（4）①蒸餾(或分餾) (1分)    ②a、c(2分)
③SiHCl₃+3H₂O===H₂SiO₃↓+H₂↑+3HCl↑(2分)

試題分析：（1） 硅元素位于周期表的3周期ⅣA族。碳化硅化學性質穩定，可耐高溫，但不可能做水泥，A錯；鹽酸不能與硅反應，應采用氫氟酸為拋光液拋光單晶硅，E錯。
（2）根據兩個反應過程能量變化圖像可知：Si(s) + O₂(s) ="==" SiO₂(s)  △H=-859.4kJ·mol^－1
2C(s) + O₂(s)===2CO(g)   △H =-221.0kJ·mol^－1
用第二個方程式減去第一個方程式得出所需反應，可以計算出△H =+638.4 kJ·mol^－1。
（3） 硅烷的分解溫度遠低于甲烷，是因為C和Si最外層電子數相同(或“是同主族元素”)，C原子半徑小于Si(或“C原子電子層數少于Si”)
（4）①SiHCl₃中含有的SiCl₄、AsCl₃等雜質，而SiHCl₃沸點最低，可采用蒸餾(或分餾)提純；②a項中，因為反應投料比相同時，溫度越高，SiHCl₃的轉化率越大，說明正反應是吸熱反應，故該反應的平衡常數隨溫度升高而增大；b項中，反應投料比最大，同一溫度曲線，SiHCl₃的轉化率越大，只有加入H₂的量才能實現，說明橫坐標表示的投料比應該是；c項中，SiHCl₃沸點低，實際生產中為提高SiHCl₃的利用率，應適當升高溫度。
③根據質量守恒定律，可確定產物中H元素不守恒，即添加H₂，有SiHCl₃+3H₂O="==" H₂SiO₃↓+H₂↑+3HCl↑