Question

工业生产粗硅的主要原理为：SiO₂+2C  ^3273K  Si(粗)+2CO↑。

（1）若在制粗硅的过程中同时生成了碳化硅，且生成的硅和碳化硅的物质的量之比为5∶1，则参加反应的C和SiO₂的质量比为       ??             。

（2）工业上可通过如下流程由粗硅制取纯硅：

					+氢气
	+氯气		提纯

 

Si(粗)              SiCl₄(l)                        Si(纯)

若上述反应中Si(粗)和SiCl₄的利用率均为80%，制粗硅时有10%的SiO₂转化为SiC，则生产100.8t纯硅需纯度为75%的石英砂多少吨？

（3）工业上还可以通过下图所示的流程来制取纯硅：

 

反应①： Si(粗)+3HCl(g)   ^553~573K   SiHCl₃(l)+H₂(g)

反应②： SiHCl₃+H₂   ^1373K   Si(纯)+3HCl

假设在每一轮次的投料生产中，硅元素没有损失，反应①中HCl的利用率为75%，反应②中H₂的利用率为80%，则在下轮次的生产中，需补充投入HCl和H₂的体积比为多少？

Answer 1

（1）① SiO₂+2C  ^3273K  Si(粗)+2CO↑   ② Si+ C=SiC 若①×6+ ②得

 6SiO₂+13C  ^3273K  5Si(粗)+SiC+ 12CO↑ ，此时两者质量比为（12×13）：（60×6）=13：30

（2）设需纯度为75%的石英砂x。

根据题意有下列关系式：

SiO₂     ~      Si    ~    SiCl₄    ~    Si(纯)

    60                                       28

x×75%×(1-10%)×80%×80%                    100.8t （2分）

   解得：x=500t  （2分）

（3）设每轮生产投入的粗硅中含1molSi

则由反应①可知：

消耗HCl的物质的量为3 mol /75%=4mol，生成H₂的物质的量为1mol（1分）

由反应②可知：

消耗H₂的物质的量为1mol/80%=1.25mol，生成HCl的物质的量为3mol （1分）

则在一轮次的生产中，需补充投入HCl和H₂的物质的量之比（即体积比）为：

(4mol-3mol)∶(1.25mol-1mol)=4∶1（1分）

解析:

（1）① SiO₂+2C  ^3273K  Si(粗)+2CO↑   ② Si+ C=SiC 若①×6+ ②得

 6SiO₂+13C  ^3273K  5Si(粗)+SiC+ 12CO↑ ，此时两者质量比为（12×13）：（60×6）=13：30

（2）设需纯度为75%的石英砂x。

根据题意有下列关系式：

SiO₂     ~      Si    ~    SiCl₄    ~    Si(纯)

    60                                       28

x×75%×(1-10%)×80%×80%                    100.8t （2分）

   解得：x=500t  （2分）

（3）设每轮生产投入的粗硅中含1molSi

则由反应①可知：

消耗HCl的物质的量为3 mol /75%=4mol，生成H₂的物质的量为1mol（1分）

由反应②可知：

消耗H₂的物质的量为1mol/80%=1.25mol，生成HCl的物质的量为3mol （1分）

则在一轮次的生产中，需补充投入HCl和H₂的物质的量之比（即体积比）为：

(4mol-3mol)∶(1.25mol-1mol)=4∶1（1分）