Question

（14分）硅是信息产业、太阳能电池光电转化的基础材料。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：

（1）焦炭在过程Ⅰ中作______剂。

（2）过程Ⅱ中的Cl₂用电解饱和食盐水制备，制备Cl₂的化学方程式是              。

（3）整个制备过程必须严格控制无水。

①SiCl₄遇水剧烈水解生成SiO₂和一种酸，反应的化学方程式是          。

②干燥Cl₂时，从有利于充分干燥和操作安全的角度考虑，需将约90℃的潮湿氯气先冷却至12℃，然后再通入到浓H₂SO₄中。冷却的作用是          。

（4）Zn还原SiCl₄的反应如下：

反应1：400℃～756℃ ，SiCl₄(g) + 2Zn(l) Si(s) + 2ZnCl₂(l)   ΔH₁ <0

反应2：756℃～907℃ ，SiCl₄(g) + 2Zn(l) Si(s) + 2ZnCl₂(g)  ΔH₂ <0

反应3：907℃～1410℃，SiCl₄(g) + 2Zn(g) Si(s) + 2ZnCl₂(g)  ΔH₃ <0

① 对于上述三个反应，下列说法合理的是_____。

a．升高温度会提高SiCl₄的转化率      b．还原过程需在无氧的气氛中进行

c．增大压强能提高反应的速率         d．Na、Mg可以代替Zn还原SiCl₄

② 实际制备过程选择“反应3”，选择的理由是              。

③ 已知Zn(l)==Zn(g)  ΔH = +116 KJ/mol 。若SiCl₄的转化率均为90%，每投入1mol SiCl₄，“反应3”比“反应2”多放出_____kJ的热量。

（5）用硅制作太阳能电池时，为减弱光在硅表面的反射，采用化学腐蚀法在其表面形成粗糙的多孔硅层。腐蚀剂常用稀HNO₃和HF的混合液。硅表面首先形成SiO₂，最后转化为H₂SiF₆。用化学方程式表示SiO₂转化为H₂SiF₆的过程           。

Answer

（14分）

（1）还原

（2）2NaCl + 2H2O 通电 2NaOH + Cl2↑+ H2↑

（3）① SiCl4 + 2H2O == SiO2 + 4HCl

② 使水蒸气冷凝，减少进入浓硫酸的水量，保持持续的吸水性，并降低放出的热量

（4） ① b c d

② 温度高，反应速率快；与前两个反应比较，更易于使硅分离，使化学平衡向右移动，提高转化率。

③ 208．8

（5） SiO2 +6HF == H2SiF6 + 2H2O

【解析】

试题分析：（1）碳与二氧化硅反应方程式为SiO2+2CSi+2CO↑，碳元素在反应中化合价升高，发生氧化反应，碳做还原剂，故填：还原；

（2）电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气，方程式为：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑，故填：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑；

（3）①根据SiCl4遇水剧烈水解生成SiO2和一种酸的信息，反应物是SiCl4和水，生成物为二氧化硅，根据氧原子守恒，水分子前的系数为2，根据氢原子和氯原子守恒，另一产物为氯化氢，氯化氢前的系数为4，化学反应方程式为SiCl4+2H2O═SiO2+4HCl。②潮湿氯气中含有较多的水蒸气，先冷却至12℃，此时使水蒸气冷凝，然后再通入到浓H2SO4中，进入浓硫酸的水量少了，保证浓硫酸的良好吸水性，水和浓硫酸作用放热，所以进入硫酸的水少了，能降低放出的热量，故填：①SiCl4+2H2O═SiO2+4HCl；②使水蒸气冷凝，减少进入浓硫酸的水量，保持持续的吸水性，并降低放出的热量；

（4）①对于三个反应，△H＜0，表示都是放热反应，a．升高温度，平衡向吸热的方向移动，所以会降低SiCl4的转化率，a错误；b．Si遇氧气在高温的条件下反应生成二氧化硅，所以还原过程需在无氧的气氛中进行，b正确；c．有气体参加的反应，增大压强，能加快反应的速率，对于三个反应，都有气体参与，所以增大压强，能提高反应的速率，c正确；d．Na、Mg都是还原性比较强的金属，可以代替Zn还原SiCl4，d正确；故选：bcd；②反应2与反应1比较，反应2产物为固体和气体比反应1更易于分离，反应3与反应2比较，反应物都为气态，温度高，反应速率更快，所以实际制备过程选择“反应3”，温度高反应速率快；与前两个反应比较更易于使硅分离使化学平衡向右移动提高转化率，故填：温度高反应速率快；与前两个反应比较更易于使硅分离使化学平衡向右移动提高转化率；③每投入1mol SiCl4，有2molZn参加反应，“反应3”与“反应2”比较，反应2中锌为液态，根据Zn（l）═Zn（g）△H=+116KJ/mol，若SiCl4的转化率均为90%，“反应3”比“反应2”多放出116KJ/mol×2×90%=208．8KJ，故填：208．8；

（5）二氧化硅和氢氟酸：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O；SiF4+2HF=H2SiF6，所以用稀HNO3和HF的混合液，硅表面首先形成SiO2，最后转化为H2SiF6的化学方程式为SiO2+6HF═H2SiF6+2H2O，故填：SiO2+6HF═H2SiF6+2H2O。

考点：考查了硅的制备、化学反应原理、工艺流程题等相关知识。