Question

工業生產粗硅的主要原理為：SiO₂+2C  ^3273K Si(粗)+2CO↑。
（1）若在制粗硅的過程中同時生成了碳化硅，且生成的硅和碳化硅的物質的量之比為5∶1，則參加反應的C和SiO₂的質量比為       ?            。
（2）工業上可通過如下流程由粗硅制取純硅：

					+氫氣
	+氯氣		提純

 

Si(粗)             SiCl₄(l)                        Si(純)
若上述反應中Si(粗)和SiCl₄的利用率均為80%，制粗硅時有10%的SiO₂轉化為SiC，則生產100.8t純硅需純度為75%的石英砂多少噸？
（3）工業上還可以通過下圖所示的流程來制取純硅：
 
反應①： Si(粗)+3HCl(g)   ^553~573K  SiHCl₃(l)+H₂(g)
反應②： SiHCl₃+H₂   ^1373K  Si(純)+3HCl
假設在每一輪次的投料生產中，硅元素沒有損失，反應①中HCl的利用率為75%，反應②中H₂的利用率為80%，則在下輪次的生產中，需補充投入HCl和H₂的體積比為多少？

Answer 1

（1）① SiO₂+2C  ^3273K Si(粗)+2CO↑  ② Si+ C="SiC" 若①×6+ ②得
6SiO₂+13C  ^3273K 5Si(粗)+SiC+ 12CO↑ ，此時兩者質量比為（12×13）：（60×6）=13：30
（2）設需純度為75%的石英砂x。
根據題意有下列關系式：
SiO₂     ~      Si    ~    SiCl₄    ~    Si(純)
60                                       28
x×75%×(1-10%)×80%×80%                    100.8t （2分）
解得：x="500t " （2分）
（3）設每輪生產投入的粗硅中含1molSi
則由反應①可知：
消耗HCl的物質的量為3 mol /75%=4mol，生成H₂的物質的量為1mol（1分）
由反應②可知：
消耗H₂的物質的量為1mol/80%=1.25mol，生成HCl的物質的量為3mol （1分）
則在一輪次的生產中，需補充投入HCl和H₂的物質的量之比（即體積比）為：
(4mol-3mol)∶(1.25mol-1mol)=4∶1（1分）

（1）① SiO₂+2C  ^3273K Si(粗)+2CO↑  ② Si+ C="SiC" 若①×6+ ②得
6SiO₂+13C  ^3273K 5Si(粗)+SiC+ 12CO↑ ，此時兩者質量比為（12×13）：（60×6）=13：30
（2）設需純度為75%的石英砂x。
根據題意有下列關系式：
SiO₂     ~      Si    ~    SiCl₄    ~    Si(純)
60                                       28
x×75%×(1-10%)×80%×80%                    100.8t （2分）
解得：x="500t " （2分）
（3）設每輪生產投入的粗硅中含1molSi
則由反應①可知：
消耗HCl的物質的量為3 mol /75%=4mol，生成H₂的物質的量為1mol（1分）
由反應②可知：
消耗H₂的物質的量為1mol/80%=1.25mol，生成HCl的物質的量為3mol （1分）
則在一輪次的生產中，需補充投入HCl和H₂的物質的量之比（即體積比）為：
(4mol-3mol)∶(1.25mol-1mol)=4∶1（1分）