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【题目】硅在地壳中的含量较高,硅及其化合物的开发由来已久,在现代生活中有广泛应用.回答下列问题:

1)陶瓷、水泥和玻璃是常用的传统的无机非金属材料,其中生产普通玻璃的主要原料有____________________

2)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料.工业上提纯硅有多种路线,其中一种工艺流程示意图及主要反应如图:

锌还原四氯化硅是一种有着良好应用前景的制备硅的方法,该制备过程示意如下:

过程发生反应的化学方程式为______________________(SiO2+3CSiC+2CO↑为副反应)若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为11,则参加反应的CSiO2的质量之比为________________

②整个制备过程必须严格控制无水。SiCl4遇水剧烈水解生成两种酸,反应的化学方程式是_________________________

工业上也可以通过如下图所示的流程制取纯硅:

①有关物质的沸点数据如下表,提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和_________SiHCl3极易水解,其完全水解的化学方程式为___________________________

物质

Si

SiCl4

SiHCl3

SiH2Cl2

SiH3Cl

HCl

SiH4

沸点/℃

2355

57.6

31.8

8.2

﹣30.4

﹣84.9

﹣111.9

假设每一轮次制备1mol纯硅,且生产过程中硅元素没有损失,反应IHCl的利用率为90%,反应IIH2的利用率为93.75%,则在第二轮次的生产中,补充投入HCl H2的物质的量之比是___________________

【答案】 纯碱、石英、石灰石 SiO2+2CSi+2CO↑ 1:2 SiCl4+ 3H2O = H2SiO3+ 4HCl 蒸馏 SiHCl3+3H2O═H2SiO3↓+H2↑+3HCl↑ 5:1

【解析】(1)工业上生产普通玻璃的主要原料是纯碱、石英、石灰石,故答案为:纯碱、石英、石灰石

(2)i. 过程Ⅰ中二氧化硅与C在高温下反应生成硅和一氧化碳,反应的化学方程式为SiO2+2C Si+2CO↑,反应中的副反应为SiO2+3CSiC+2CO↑若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为11根据方程式,生成1mol硅和碳化硅,参加反应的CSiO2的物质的量分别为5mol2mol质量之比为5mol×12g/mol2mol×60g/mol=1:2,故答案为:SiO2+2C Si+2CO↑1:2

SiCl4遇水剧烈水解生成两种酸,反应的化学方程式为SiCl4 + 3H2O = H2SiO3↓ + 4HCl,故答案为:SiCl4 + 3H2O = H2SiO3↓ + 4HCl

. ①利用沸点的不同提纯SiHCl3属于蒸馏,SiHCl3(沸点31.8)中含有少量SiCl4(沸点57.6)HCl(沸点-84.9),由于沸点差别较大,可以通过精馏(或蒸馏)除去杂质SiHCl3水解反应生成硅酸、氢气和氯化氢,反应的方程式为:SiHCl3+3H2O═H2SiO3+ H2↑+ 3HCl↑故答案为:蒸馏SiHCl3+3H2O═H2SiO3↓+H2↑+3HCl↑

根据①中方程式SiHCl3+3H2O═H2SiO3↓+H2↑+3HCl↑可知,反应生产1mol纯硅需补充HCl -3,需补充H2 -1,补充HClH2的物质的量之比为(-3)(-1)≈51故答案为:51

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