Question

硅是无机非金属材料的主角，工业上可用多种方法制取硅单质。

（1）由石英砂可制取粗硅，其相关反应的热化学方程式如下：SiO₂(s)+2C(s)=Si(s)+2CO △H = akJ/mol

该反应可分两步进行，其中一步反应为：

SiO₂(s)+C(s)=SiO(g)+CO(g）△H=bkJ/mol

则另一步反应的热化学方程式为_________(△H用含a、b的代数式表示）

SiO是反应过程中的中间产物。隔绝空气时，SiO与过量KOH溶液反应的(产物之一是硅酸钾，Si+2KOH＋H₂O=K₂SiO₃+2H₂↑)的化学反应方程式：______________。

（2）粗硅提纯常用方法之一是先将粗硅与HCl反应制得SiHCl₃，经提纯后再用H₂还原：SiHCl₃(g)＋H₂(g)Si(s)+3HCl(s)，不同温度及不同n(H₂)/n(SiHCl₃）时，反应物X的平衡转化率关系如图所示：

①X是________（填“H₂”或“SiHCl₃”)

②上述反应的平衡常数K (1150℃)__________K(950℃)(填“>”、“<”或“=”)

③下列叙述不能证明该反应处于平衡状态的是__________。

A．H₂的消耗速率等于HCl生成速率的3倍；

B．恒温恒容条件下体系压强不随时间而变化；

C．绝热恒容条件下体系的温度不随时间而变化；

D．某温度下浓度商Qc不随时间而变化；

E.c(SiHCl₃)：c(H₂): c(HCl)=l:l:3

（3）SiH₄(硅烷)法生产高纯多晶硅是非常优异的方法。

① 用粗硅做原料，熔融盐电解法制取硅烷原理如图所示，电解时阳极的电极反应式：___________。

② 硅基太阳能电池需要N、Si两种元素组成的化合物Y 做钝化材料，它可由SiH₄与NH₃混合反应得到。已知Y 中Si的质量分数为60%，Y的化学式为：______________。

Answer

（1）C(s)+SiO(s)=Si(s)+CO(g）△H=(a-b)kJ/mol

SiO+2NaOH=Na2SiO3+H2↑（2）①SiHCl3②＜③AE

（3）①Si+4H+-4e一＝SiH4↑②Si3N4

【解析】

试题分析：（1）将SiO2(s)+2C(s)=Si(s)+2CO △H = akJ/mol视为①式。将SiO2(s)+C(s)=SiO(g)+CO(g）△H=bkJ/mol 视为②式。①-②即可得到热化学方程式为C(s)+SiO(s)=Si(s)+CO(g）△H=(a-b)kJ/mol，SiO与KOH反应得到K2SiO3，故反应式为SiO+2NaOH=Na2SiO3+H2↑，SiO中的Si被氧化，KOH中的H被还原为氢气。（2）①X为SiHCl3，其平衡转化率决定了粗硅提纯的效率。②当H2与SiHCl3比值一定时，温度越高SiHCl3的转化率越高，即反应进行程度大，所以高温时的化学平衡常数大，则该反应K（1150℃）>K（950℃）。③如果HCl消耗速率等于H2消耗速率的3倍，则说明反应达到平衡状态，故A不能证明该反应处于平衡状态。该反应是气体体积变化的反应当恒温恒容条件下体系压强不随时间而变化时，则B能证明该反应处于平衡状态。当正反应吸收的热量与逆反应放出的热量守恒时，体系温度不发生变化则C能证明该反应处于平衡状态。浓度商计算公式与平衡常数计算公式相同，当浓度商不再变化即证明反达到平衡状态，故D能证明该反应处于平衡状态。只凭反应物与生成物浓度比为即为系数比不足以证明反达到平衡状态，故E不能证明该反应处于平衡状态。（3）①阳极发生氧化反应，Si失电子并结合电解质溶液中的H-生成SiH4。②Si相对原子质量为28，N相对原子质量为14。设化学式为SiXNY，28X=1.5×14Y，X:Y=21:28=3:4。以此推测化学式为Si3N4。

考点：重点考查了盖斯定律，化学平衡常数大小的判断以及化学反应达到平衡状态的依据。