Question

20．工业上硅有多种生产路线，其中一种生产高纯硅的工艺流程示意图如图：

已知：①流化床反应器中的主反应：Si+3HCl$\frac{\underline{\;250-300℃\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂；
②还原炉中的主反应：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1100-1200℃\;}}{\;}$Si+3HCl；
③SiHCl₃极易水解：SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl↑．
（1）电弧炉中生成单质硅的化学方程式为SiO₂+2C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑．若焦炭过量，则造成的不利后果是SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiC+2CO↑．
（2）电弧炉中已经得到单质硅，但仍要进行后续操作的目的是粗硅提纯．
（3）整个操作流程都要隔绝空气，原因是硅在高温下与氧气反应生成二氧化硅（写出一条即可）．
（4）上述操作流程中可以循环利用的物质是氯化氢．所用氯化氢可由氯碱工业提供，假定生产过程无损伤，也没有副反应发生，则生产1t高纯硅，理论上需要2.1t（精确到0.1）NaCl，即可实现连续生产．

Answer 1

分析 （1）二氧化碳与碳在高温下生成粗硅和一氧化碳；
（2）电弧炉得到的硅为粗硅，为提纯仍要进行后续操作；
（3）硅在高温下与氧气反应生成二氧化硅；
（4）依据粗硅提纯过程分析解答，依据原子个数守恒可知NaCl～HCl～Si，据此计算需要氯化钠的质量．

解答 解：（1）二氧化碳与碳在高温下生成粗硅和一氧化碳，化学方程式：SiO₂+2C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑，若焦炭过量二氧化硅和碳在高温的条件下反应生成碳化硅和一氧化碳，化学方程式：SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiC+2CO↑；
故答案为：SiO₂+2C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiC+2CO↑；
（2）电弧炉得到的硅为粗硅，为提纯仍要进行后续操作；
故答案为：提纯粗硅；
（3）硅在高温下与氧气反应生成二氧化硅，所以整个操作流程都要隔绝空气；
故答案为：硅在高温下与氧气反应生成二氧化硅；
（4）从粗硅提纯过程①流化床反应器中的主反应：Si+3HCl$\frac{\underline{\;250-300℃\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂；
②还原炉中的主反应：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1100-1200℃\;}}{\;}$Si+3HCl；
可知氯化氢在反应中可以循环使用；
依据关系式可得：
NaCl～HCl～Si
58.5       28
m         1T       
解得m≈2.1T，
故答案为：氯化氢；2.1．

点评 本题以粗硅的制备和提纯的工艺流程，考查了方程式的书写、有关方程式的计算，明确物质的性质是解题关键，题目难度不大．