Question

工业生产硅（粗）的主要原理为：SiO₂+2CSi（粗）+2CO↑．
（1）在制硅（粗）的过程中同时会有碳化硅生成，若产物硅和碳化硅的物质的量之比为1：1，则参加反应的C 和SiO₂的质量比为______．
（2）工业上可通过以下步骤实现硅（粗）高度纯化：
Si（粗）+2Cl₂（g）SiCl₄（l）；SiCl₄+2H₂Si（纯）+4HCl
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25.2吨纯硅需纯度为75%石英砂多少吨？
（3）工业上还可以通过如下图所示的流程制取纯硅：

反应①：Si（粗）+3HCl（g）SiHCl₃（l）+H₂（g）
反应②：SiHCl₃+H₂Si（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%．设损失的HCl、H₂不能参与循环，则在下一轮次的生产中，需补充投入HCl和H₂的物质的量之比是多少？______．

Answer 1

解：（1）设硅、碳化硅的物质的量都是xmol，根据方程式知，根据反应SiO₂+2CSi（粗）+2CO↑，SiO₂+3CSiC+2CO↑，
x 2x x x 3x x
生成xmol硅、xmol碳化硅需要的二氧化硅的物质的量是xmol+xmol=2xmol、碳的物质的量是2x+3x=5xmol，
所以参加反应的 C 和 SiO₂ 的质量比=（5x×12）g：（2x×60）g=1：2，
故答案为：1：2；
（2）设需要生产25.2吨纯硅需纯度为75%石英砂m吨，则：
SiO₂ ～SiCl₄ ～Si（纯）
60 28
m吨×75%×（1-10%）×80%×80% 25.2吨
所以m吨×75%×（1-10%）×80%×80%：25.2吨=60：28
解得m=125t
答：生产25.2吨纯硅需纯度为75%石英砂125吨；
（3）由工艺流程与反应①、反应②可知，补充的HCl等于损失的HCl、补充的氢气等于损失的氢气，制备1mol纯硅需要1mol粗硅，由反应①可知需要HCl物质的量为3mol，故实际通入的HCl为，补充的HCl为-3mol=1mol，
由反应②可知，需要氢气的物质的量为1mol，实际通入氢气为mol，补充的氢气为-1mol=0.25mol，故需补充投入HCl和H₂的物质的量之比是1：0.25=4：1，
故答案为：4：1．
分析：（1）根据反应SiO₂+2CSi（粗）+2CO↑，SiO₂+3CSiC+2CO↑及硅和碳化硅的物质的量之比为1：1，计算出参加反应的C 和SiO₂的质量比；
（2）根据石英砂和硅之间关系式进行计算；
（3）由工艺流程与反应①、反应②可知，补充的HCl等于损失的HCl、补充的氢气等于损失的氢气，分别计算出损失的氯化氢和氢气的物质的量即可．
点评：本题考查物质的量的有关计算，明确物质之间的关系是解本题关键，本题难度不大．