Question

硅及其化合物廣泛應用于太陽能的利用、光導纖維及硅橡膠的制備等。
純凈的硅是從自然界中的石英礦石（主要成分為SiO₂）中提取的。高溫下制取純硅有如下反應（方法1）：
①SiO₂(s)+2C(s)Si(s)+2CO(g)
②Si(s)+2Cl₂(g)SiCl₄(g)  
③SiCl₄(g)+2H₂(g) →Si(s)+4HCl(g)
完成下列填空：
（1）硅原子核外有        種不同能級的電子，最外層的p電子有      種自旋方向。
（2）硅與碳同主族，單質的還原性：碳      硅（填寫“同于”、“強于”或“弱于”）。反應①之所以能進行的原因是                                               。
（3）反應②生成的化合物的電子式為             ；該分子為         分子（填寫“極性”或“非極性”）。
（4）某溫度下，反應②在容積為V升的密閉容器中進行，達到平衡時Cl₂的濃度為a mol/L。然后迅速縮小容器容積到0.5V升，t秒后重新達到平衡，Cl₂的濃度為b mol/L。則：a     b（填寫“大于”、“等于”或“小于”）。
（5）在t秒內，反應②中v(SiCl₄)=                    （用含a、b的代數式表示）。
（6）工業上還可以通過如下反應制取純硅（方法2）：
④Si(粗) ＋3HCl(g)SiHCl₃(l)＋H₂(g) + Q（Q＞0）
⑤SiHCl₃(g)＋H₂(g)Si(純)＋3HCl(g)
提高反應⑤中Si(純)的產率，可采取的措施有：                         （選填2條）。

Answer 1

（1）5（1分） ，1（1分）
（2）弱于（1分）   因為生成物CO為氣態，降低CO的濃度，可使平衡正向移動。（1分）
（3） （2分） 非極性（1分）
（4）小于（1分）
（5）（2a-b）/2t  mol/(L·s) （2分，代數式1分，單位1分）
（6）降低壓強；升高溫度；及時分離出HCl等（2分）（每條1分，合理給分，共2分。）

試題分析：（1）硅原子核外電子排布式為1S²2S²2P⁶3S²3P²，共有5種不同能級的電子，最外層的p電子有自旋方向要相同所以只有1種自旋方向。
（2）硅與碳同主族，單質的還原性與元素的非金屬性變化一致，故碳強于硅。反應①之所以能進行的原因是因為生成物CO為氣態，降低CO的濃度，可使平衡正向移動。
（3）反應②生成的化合物是四氯化硅其電子式要保證每個原子達到8電子結構；該分子為是正四面體結構正負電核重心重全，故為非極性分子。
（4）反應②  Si(s)+2Cl₂(g)SiCl₄(g) 在容積為V升的密閉容器中進行，達到平衡時Cl₂的濃度為a mol/L。然后迅速縮小容器容積到0.5V升，相當于加壓，若平衡不移動，此時Cl₂的濃度為2a mol/L，實際平衡右移了，t秒后重新達到平衡，Cl₂的濃度必小于2a mol/L，但肯定大于a mol/L，b mol/L。故則：a小于b。
（5）根據速率的定義可求得在t秒內，反應②中v(SiCl₄) =（2a-b）/2t  mol/(L·s) 。
（6）⑤ SiHCl₃(g)＋H₂(g)Si(純)＋3HCl(g)要提高反應⑤中Si(純)的產率，需要滿足盡可能使平衡右移，可采取的措施有：降低壓強；升高溫度；及時分離出HCl等。