Question

硅在地壳中的含量较高，在自然界中硅主要以硅的氧化物和硅酸盐的形式存在。高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。下图为一种工业上提纯硅的路线：

相关信息如下：

a．硼、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；

b．有关物质的物理常数见下表：

物质	SiCl4	BCl3	FeCl3	PCl5	Si	SiH4
沸点/℃	57.7	12.8	315	—	2355	-111.9
熔点/℃	-70.0	-107.2	—	—	1410	—
升华温度/℃	—	—	300	162	—	—

请回答下列问题：

（1）SiCl₄的电子式：________________；

（2）写出①的化学方程式________________________________________；

（3）①SiO₂是硅酸盐玻璃的主要成分，盛放NaOH溶液的试剂瓶若用玻璃瓶塞容易形成粘性的硅酸盐而无法打开，写出发生反应的离子方程式 ______________________________________________________________

②硅能与NaOH溶液反应，但同主族元素金属锗(Ge)不易溶于NaOH溶液，但有H₂O₂存在时，锗能与NaOH溶液反应生成锗酸盐，请写出化学反应方程式 ______________________________________________________________

（4）用强还原剂LiAlH₄在乙醚介质中还原SiCl₄，制得高纯度的甲硅烷SiH₄，SiH₄极易水解生成SiO₂·nH₂O和另一种气体。写出SiH₄水解的化学反应方程式 __________________________________________________________________

（5）下列有关含硅材料说法正确的是_______________ （填字母）        

A. 沸点：SiCl₄ > SiH₄

B. 金刚砂的有效成分是氮化硅，硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承

C. 玻璃、陶瓷、水泥是广泛使用的三大新型硅酸盐材料

D. 人工制造的分子筛（一种具有均匀微孔结构的铝硅酸盐），主要用作吸附剂和催化剂等。

E. 锗、锡、铅的+4价氢氧化物的碱性强弱顺序：Ge(OH)₄ < Sn(OH)₄ < Pb(OH)₄

（6）粗硅中常含有铁、硼、磷等杂质，步骤②需在无氧无水环境下，控制温度在460℃左右得到SiCl₄粗品，欲提纯SiCl₄，步骤③采用的工艺方法依次是沉降、冷凝和_____________，需收集温度在_________℃左右的馏分。

Answer

SiO2 + 2CSi + 2CO SiO2 + 2OH- = SiO32- + H2O Ge + 2H2O2 +2NaOH = Na2GeO3 + 3H2O SiH4 + (n+2)H2O = SiO2·n H2O↓ + 4H2 (SiO2·n H2O写沉淀符号） ADE 蒸馏 57.7

【解析】（1）SiCl4中Si分别与Cl形成1对共用电子对，所以电子式为：；（2）根据流程可知，反应①是石英砂与焦炭在高温条件下反应生成粗硅和一氧化碳，其化学方程式为：SiO2 + 2CSi + 2CO；（3）①SiO2是硅酸盐玻璃的主要成分，盛放NaOH溶液的试剂瓶若用玻璃瓶塞容易形成粘性的硅酸盐而无法打开，发生反应的离子方程式为：SiO2 + 2OH- = SiO32- + H2O；②金属锗(Ge)在H2O2存在下溶于NaOH溶液，生成锗酸盐的化学反应方程式为：Ge + 2H2O2 +2NaOH = Na2GeO3 + 3H2O；（4）用强还原剂LiAlH4在乙醚介质中还原SiCl4，制得高纯度的甲硅烷SiH4，SiH4极易水解生成SiO2·nH2O和另一种气体。SiH4水解的化学反应方程式为：SiH4+ (n+2)H2O= SiO2·n H2O↓+ 4H2↑；（5）A.分子晶体中，组成和结构相似，相对分子质量越大，沸点越高，则沸点：SiCl4 > SiH4 ，选项A正确；B. 金刚砂的有效成分是碳化硅，选项B错误；C. 玻璃、陶瓷、水泥是广泛使用的三大传统硅酸盐材料，选项C错误；D. 人工制造的分子筛（一种具有均匀微孔结构的铝硅酸盐），主要用作吸附剂和催化剂等，选项D正确；E. 同主族元素从上而下金属性逐渐增强，对应的氢氧化钠的碱性逐渐增强，锗、锡、铅的+4价氢氧化物的碱性强弱顺序：Ge(OH)4 < Sn(OH)4 < Pb(OH)4，选项E正确。答案选ADE；（6）粗硅中常含有铁、硼、磷等杂质，步骤②需在无氧无水环境下，控制温度在460℃左右得到SiCl4粗品，欲提纯SiCl4，步骤③采用的工艺方法依次是沉降、冷凝和蒸馏，根据图中数据可知，需收集温度在57.7℃左右的馏分，以得到氯化硅。