Question

18．硅及其化合物廣泛應用于太陽能的利用、光導纖維及硅橡膠的制備等．
純凈的硅是從自然界中的石英礦石（主要成分為SiO₂）中提取．高溫下制取純硅有如下反應（方法Ⅰ）：
①SiO₂（s）+2C（s）?Si（s）+2CO（g）            
②Si（s）+2Cl₂（g）?SiCl₄（g）  
③SiCl₄（g）+2H₂（g）→Si（s）+4HCl（g）
完成下列填空：
（1）硅原子核外有5 種不同能級的電子，最外層p電子有1種自旋方向；SiO₂晶體中每個硅原子與4個氧原子直接相連．
（2）單質的還原性：碳弱于硅（填寫“同于”、“強于”或“弱于”）．從平衡的視角而言，反應①能進行的原因是因為生成物CO為氣態(tài)，降低CO的濃度，可使平衡正向移動．
（3）反應②生成的化合物分子空間構型為正四面體型；該分子為非極性分子（填寫“極性”或“非極性”）．
（4）某溫度下，反應②在容積為V升的密閉容器中進行，達到平衡時Cl₂的濃度為a mol/L．然后迅速縮小容器容積到0.5V升，t秒后重新達到平衡，Cl₂的濃度為b mol/L．則：a小于b（填寫“大于”、“等于”或“小于”）．
（5）在t秒內，反應②中反應速率v（SiCl₄）=（用含a、b的代數式表示）．
（6）工業(yè)上還可以通過如下反應制取純硅（方法Ⅱ）：
④Si（粗）+3HCl（g） $\stackrel{553-573K}{?}$  SiHCl₃（l）+H₂（g）+Q（Q＞0）
  ⑤SiHCl₃（g）+H₂（g） $\stackrel{1373K}{?}$Si（純）+3HCl（g）
提高反應⑤中Si（純）的產率，可采取的措施有：降低壓強、升高溫度（或及時分離出HCl等）．

Answer 1

分析 （1）根據硅原子電子排布式：1s²2s²2p⁶3s²3p²確定能級，根據洪特確定自旋方向；SiO₂晶體中每個硅原子與4個氧原子形成4個Si-O共價鍵；
（2）非金屬性越強，單質的氧化性越強；減少生成物的濃度，平衡正向移動；
（3）四氯化硅是正四面體結構，分子結構對稱的是非極性分子；
（4）體積減小，壓強增大，平衡正向移動，氯氣的物質的量減小，但體積減小更大，濃度增大；
（5）根據v=$\frac{△C}{△t}$來求出氯氣的速率，再根據速率之比等于化學計量數之比來解答；
（6）降低壓強向體積增大的方向移動，升高溫度向吸熱方向移動，減少生成物的濃度，平衡正向移動．

解答 解：（1）硅原子電子排布式：1s²2s²2p⁶3s²3p²，核外有5種不同能級的電子，當電子排布在同一能級的不同軌道時，基態(tài)原子中的電子總是優(yōu)先占據不同軌道，而且自旋方向相同，最外層的p電子有1種自旋方向；SiO₂晶體中每個硅原子與4個氧原子形成4個Si-O共價鍵；
故答案為：5；1；4；
（2）非金屬性越強單質的氧化性越強，碳的還原性弱于硅；減少生成物CO的濃度，平衡正向移動；
故答案為：弱于；因為生成物CO為氣態(tài)，降低CO的濃度，可使平衡正向移動；
（3）四氯化硅是正四面體結構，SiCl₄分子結構對稱結構，屬于非極性分子；
故答案為：正四面體型；非極性；
（4）體積減小，壓強增大，平衡正向移動，氯氣的物質的量減小，但體積減小更大，濃度增大；
故答案為：小于；
（5）氯氣的反應速率v（Cl₂）=$\frac{△C}{△t}$=$\frac{2a-b}{t}$mol/（L•s），v（SiCl₄）=$\frac{1}{2}$v（Cl₂）=$\frac{2a-b}{2t}$mol/（L•s）；
故答案為：$\frac{2a-b}{2t}$mol/（L•s）；
（6）降低壓強；升高溫度；及時分離出HCl使平衡正向移動；
故答案為：降低壓強；升高溫度（或及時分離出HCl等）．

點評 本題涉及知識點較多，考查原子結構、還原性比較、電子式和平衡移動、化學反應速率等，難度中等，注意掌握平衡移動原理是解題的關鍵．