Question

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，该制备过程示意图如图：

(1)1 mol焦炭在过程Ⅰ中失去___mol电子。

(2)过程Ⅱ中Cl₂用电解饱和食盐水制备，制备Cl₂的离子方程式为___。

(3)整过生产过程必须严格控制无水，回答下列问题：

①SiCl₄遇水剧烈水解生成SiO₂和一种酸，化学反应方程式为_______。

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℃，然后再通入浓H₂SO₄中。冷却的作用是___。

(4)Zn还原SiCl₄的可逆反应如右：SiCl₄(g)+2Zn(s)Si(s)+2ZnCl₂(g)   △H<0下列说法正确的是（__________）

A．还原过程需在无氧的气氛中进行

B．投入1 mol Zn可生成14 g还原产物

C．增加SiCl₄(g)的量，该反应平衡常数不变

D．若SiCl₄(g)过量可增大△H的值

(5)有一种由硅制作的材料中常加入Ag₂SO₄，已知某温度下Ag₂SO₄(M=312 g/mol)的溶解度为0.624 g/100 gH₂O(设溶液体积为水的体积)，该温度下Ag₂SO₄的K_sp=___（两位有效数字）。

Answer

2 2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH- SiCl4+2H2O=SiO2+4HCl 使水蒸气冷凝，减少进入浓硫酸的水，保持浓硫酸持续的吸水性，同时降低放出的热量 AC 3.2×10-5

【解析】

石英砂与焦炭在高温下反应产生粗硅，得到的粗硅与电解方法产生的氯气反应产生SiCl4，SiCl4在高温下被Zn还原产生纯Si；由于SiCl4遇水发生水解反应，所以反应过程要严格控制无水；对于可逆反应，结合反应特点及化学平衡移动原理分析判断；对于难溶性的物质，可结合溶解度与溶度积常数的含义，由物质的溶解度计算离子浓度，最后得到物质的溶度积常数Ksp的值。

(1)过程I中发生反应：SiO2+2CSi+2CO↑，在反应中，碳元素化合价由0价升高为+2价，所以1 mol焦炭在过程Ⅰ中失去2 mol电子；

(2)电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气，电解离子方程式为：2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-；

(3)①SiCl4遇水剧烈水解生成SiO2和一种酸，根据元素守恒，可知该酸为盐酸，反应的化学方程式为：SiCl4+2H2O=SiO2+4HCl；

②干燥Cl2时从有利于充分干燥和操作安全的角度考虑，可将约90℃的潮湿氯气先冷却至12℃，然后再通入浓H2SO4中，可使水蒸气冷凝，减少进入浓硫酸的水，保持浓硫酸持续的吸水性，同时降低放出的热量；

(4)反应SiCl4(g)+2Zn(s)Si(S)+2ZnCl2(g) △H<0的正反应为气体体积增大的放热反应。

A．Zn、Si在高温条件下都能与氧气反应，所以该过程需在无氧的气氛中进行，A正确；

B．反应属于可逆反应，投入的Zn不能完全反应，投入1 mol Zn反应生成还原产物Si的物质的量小于0.5 mol，则其质量小于14 g，B错误；

C．平衡常数只与温度有关，增加SiCl4(g)的量，反应温度不变，则该反应平衡常数不变，C正确；

D．焓变△H与热化学方程式中SiCl4的物质的量有关，与加入的SiCl4的量无关，D错误；

故合理选项是AC；

(5)假设水的质量为100 g，则100 g水溶解的Ag2SO4的质量为0.624 g，则n(Ag2SO4)==2×10-3 mol，溶液的质量约100.624 g，溶液密度约是水的密度，所以溶液体积约为100.624 mL≈0.1 L，所以Ag2SO4的物质的量浓度c(Ag2SO4)=2×10-2 mol/L，则c(SO42-)=2×10-2 mol/L，c(Ag+)=2c(SO42-)=4×10-2 mol/L，所以Ksp(Ag2SO4)= c2(Ag+)• c(SO42-)=(4×10-2)2×2×10-2=3.2×10-5。