Question

【題目】硅在地殼中的含量較高。硅及其化合物的開發由來已久，在現代生活中有廣泛應用。回答下列問題：

（1）1810年瑞典化學家貝采利烏斯在加熱石英砂、木炭和鐵時，得到一種“金屬”。這種“金屬”可能是_______。

（2）陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸鹽材料。其中，生產普通玻璃的主要原料有_______。

（3）高純硅是現代信息、半導體和光伏發電等產業都需要的基礎材料。工業上提純硅有多種路線，其中一種工藝流程示意圖及主要反應如下：

	發生的主要反應
電弧爐	SiO2+2CSi+2CO↑
流化床反應器	Si+3HClSiHCl3+H2
還原爐	SiHCl3+H2Si+3HCl

①用石英砂和焦炭在電弧爐中高溫加熱也可以生產碳化硅，該反應的化學方程式為_______；碳化硅又稱_______，其晶體結構與_______相似。

②在流化床反應的產物中，SiHCl3大約占85%，還有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有關物質的沸點數據如下表，提純SiHCl3的主要工藝操作依次是沉降、冷凝和_______。

物質	Si	SiCl4	SiHCl3	SiH2Cl2	SiH3Cl	HCl	SiH4
沸點/℃	2355	57.6	31.8	8.2	-30.4	-84.9	-111.9

③SiHCl3極易水解，其完全水解的產物為_______。

（4）氯堿工業可為上述工藝生產提供部分原料，這些原料是_______。

Answer 1

【答案】含有硅、碳的鐵合金（或硅鐵） 石英砂、純堿和石灰石 SiO2+3CSiC+2CO↑ 金剛砂 金剛石（或單晶硅） 精餾（或蒸餾） H4SiO4（或H2SiO3）、H2、HCl H2、HCl

【解析】

（1）石英砂是SiO2，在高溫下和木炭發生反應：2C＋SiO22CO↑＋Si，然后硅和鐵形成合金，或者是硅、鐵、過量的碳形成合金；

（2）制造普通玻璃的原料：石英砂、石灰石、純堿，高溫下SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2，SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2；

（3）①根據信息，在高溫下，C和二氧化硅反應生成硅單質，硅單質再和C反應生成碳化硅，故：3C＋SiO2SiC＋2CO，碳化硅俗名金剛砂，屬于原子晶體，碳和硅屬于同一主族，晶體結構與金剛石或晶體硅相似；

②沉降、冷凝后成分是：SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2，都是液體，因此采用蒸餾的方法提純，水解的反應方程式：SiHCl3＋H2O=H2SiO3↓＋HCl＋H2↑，故H2SiO3、H2、HCl；

（4）2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，根據發生的主要反應，可以提供H2、HCl。