Question

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．1mol H₂與SiCl₄氣體完全反應吸收的熱量為120.2kJ．
請回答下列問題：
①第Ⅲ步反應的熱化學方程式為

2H₂（g）+SiCl₄（g）

1100-1200℃  .

Si（s）+4HCl（g）△H=+240.4kJ?mol^-1

．
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

H₂SiO₃（或H₄SiO₄）和HCl

；H₂還原SiCl₄過程中若混入O₂，可能引起的后果是

爆炸

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

4

．

Answer 1

分析：（1）①氫氣能與四氯化硅反應生成單質硅和氯化氫；
②氫氣中混入氧氣可發生爆炸，SiCl₄與水反應生成H₂SiO₃（或H₄SiO₄）和HCl；
（2）反應過程中n（CO₂）=n（Na₂CO₃）+n（CaCO₃）=n（SiO₂反應）．

解答：解：（1）①氫氣能與四氯化硅反應生成單質硅和氯化氫，1mol H₂與SiCl₄氣體完全反應吸收的熱量為120.2kJ，那么2mol H₂與SiCl₄氣體完全反應吸收的熱量為240.4kJ，熱化學方程式：2H₂（g）+SiCl₄（g）

1100-1200℃  .

Si（s）+4HCl（g）△H=+240.4kJ?mol^-1，
故答案為：2H₂（g）+SiCl₄（g）

1100-1200℃  .

Si（s）+4HCl（g）△H=+240.4kJ?mol^-1；
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，
故答案為：H₂SiO₃（或H₄SiO₄）和HCl；爆炸；
（2）玻璃的化學組成可根據反應原理得到，
Na₂CO₃+SiO₂

高溫  .

NaSiO₃+CO₂↑；CaCO₃+SiO₂

高溫  .

CaSiO₃+CO₂↑；
由化學式Na₂SiO₃?CaSiO₃?xSiO₂反應的Na₂CO₃和CaCO₃的物質的量相等，
n（CO₂）=n（Na₂CO₃）+n（CaCO₃）=n（SiO₂反應）=

44kg

44g

=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）=

283kg-50kg-53kg-60kg

60g

=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，故答案為：4．

點評：本題考查硅及其化合物的性質和計算，（2）為易錯點，注意根據反應的原理解題，題目難度中等．