Question

18．硅及其化合物广泛应用于太阳能的利用、光导纤维及硅橡胶的制备等．
纯净的硅是从自然界中的石英矿石（主要成分为SiO₂）中提取．高温下制取纯硅有如下反应（方法Ⅰ）：
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5 种不同能级的电子，最外层p电子有1种自旋方向；SiO₂晶体中每个硅原子与4个氧原子直接相连．
（2）单质的还原性：碳弱于硅（填写“同于”、“强于”或“弱于”）．从平衡的视角而言，反应①能进行的原因是因为生成物CO为气态，降低CO的浓度，可使平衡正向移动．
（3）反应②生成的化合物分子空间构型为正四面体型；该分子为非极性分子（填写“极性”或“非极性”）．
（4）某温度下，反应②在容积为V升的密闭容器中进行，达到平衡时Cl₂的浓度为a mol/L．然后迅速缩小容器容积到0.5V升，t秒后重新达到平衡，Cl₂的浓度为b mol/L．则：a小于b（填写“大于”、“等于”或“小于”）．
（5）在t秒内，反应②中反应速率v（SiCl₄）=（用含a、b的代数式表示）．
（6）工业上还可以通过如下反应制取纯硅（方法Ⅱ）：
④Si（粗）+3HCl（g） $\stackrel{553-573K}{?}$  SiHCl₃（l）+H₂（g）+Q（Q＞0）
  ⑤SiHCl₃（g）+H₂（g） $\stackrel{1373K}{?}$Si（纯）+3HCl（g）
提高反应⑤中Si（纯）的产率，可采取的措施有：降低压强、升高温度（或及时分离出HCl等）．

Answer 1

分析 （1）根据硅原子电子排布式：1s²2s²2p⁶3s²3p²确定能级，根据洪特确定自旋方向；SiO₂晶体中每个硅原子与4个氧原子形成4个Si-O共价键；
（2）非金属性越强，单质的氧化性越强；减少生成物的浓度，平衡正向移动；
（3）四氯化硅是正四面体结构，分子结构对称的是非极性分子；
（4）体积减小，压强增大，平衡正向移动，氯气的物质的量减小，但体积减小更大，浓度增大；
（5）根据v=$\frac{△C}{△t}$来求出氯气的速率，再根据速率之比等于化学计量数之比来解答；
（6）降低压强向体积增大的方向移动，升高温度向吸热方向移动，减少生成物的浓度，平衡正向移动．

解答 解：（1）硅原子电子排布式：1s²2s²2p⁶3s²3p²，核外有5种不同能级的电子，当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先占据不同轨道，而且自旋方向相同，最外层的p电子有1种自旋方向；SiO₂晶体中每个硅原子与4个氧原子形成4个Si-O共价键；
故答案为：5；1；4；
（2）非金属性越强单质的氧化性越强，碳的还原性弱于硅；减少生成物CO的浓度，平衡正向移动；
故答案为：弱于；因为生成物CO为气态，降低CO的浓度，可使平衡正向移动；
（3）四氯化硅是正四面体结构，SiCl₄分子结构对称结构，属于非极性分子；
故答案为：正四面体型；非极性；
（4）体积减小，压强增大，平衡正向移动，氯气的物质的量减小，但体积减小更大，浓度增大；
故答案为：小于；
（5）氯气的反应速率v（Cl₂）=$\frac{△C}{△t}$=$\frac{2a-b}{t}$mol/（L•s），v（SiCl₄）=$\frac{1}{2}$v（Cl₂）=$\frac{2a-b}{2t}$mol/（L•s）；
故答案为：$\frac{2a-b}{2t}$mol/（L•s）；
（6）降低压强；升高温度；及时分离出HCl使平衡正向移动；
故答案为：降低压强；升高温度（或及时分离出HCl等）．

点评 本题涉及知识点较多，考查原子结构、还原性比较、电子式和平衡移动、化学反应速率等，难度中等，注意掌握平衡移动原理是解题的关键．