Question

硅是信息產業、太陽能電池光電轉化的基礎材料。鋅還原四氯化硅是一種有著良好應用前景的制備硅的方法，該制備過程示意如下：          

（1）焦炭在過程Ⅰ中作______劑。

（2）過程Ⅱ中的Cl₂用電解飽和食鹽水制備，制備Cl₂的化學方程式是     。

（3）整個制備過程必須嚴格控制無水。

①SiCl₄遇水劇烈水解生成SiO₂和一種酸，反應的化學方程式是      。

②干燥Cl₂時，從有利于充分干燥和操作安全的角度考慮，需將約90℃的潮濕氯氣先冷卻至12℃，然后再通入到濃H₂SO₄中。冷卻的作用是     。

（4）Zn還原SiCl₄的反應如下：

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

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

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

① 對于上述三個反應，下列說法合理的是_____。

a．升高溫度會提高SiCl₄的轉化率      b．還原過程需在無氧的氣氛中進行

c．增大壓強能提高反應的速率         d．Na、Mg可以代替Zn還原SiCl₄

② 實際制備過程選擇“反應3”，選擇的理由是     。

③ 已知Zn(l)=Zn(g)  ΔH = +116 KJ/mol 。若SiCl₄的轉化率均為90%，每投入1mol SiCl₄，“反應3”比“反應2”多放出_____kJ的熱量。

（5）用硅制作太陽能電池時，為減弱光在硅表面的反射，采用化學腐蝕法在其表面形成粗糙的多孔硅層。腐蝕劑常用稀HNO₃和HF的混合液。硅表面首先形成SiO₂，最后轉化為H₂SiF₆。用化學方程式表示SiO₂轉化為H₂SiF₆的過程      。

 

Answer 1

【答案】

（1）還原劑（2分）

（2）2NaCl + 2H₂O2NaOH + Cl₂↑+ H₂↑（2分）

（3）① SiCl₄ + 2H₂O = SiO₂ + 4HCl （2分）

 ② 使水蒸氣冷凝，減少進入濃硫酸的水量，保持持續的吸水性，并降低放出的熱量（2分）

（4） ① b c d（1分）

② 溫度高，反應速率快；與前兩個反應比較，更易于使硅分離，使化學平衡向右移動，提高轉化率。（2分）

 ③ 208.8 （1分）

（5） SiO₂ +6HF = H₂SiF₆ + 2H₂O （2分）

【解析】

試題分析：石英砂主要成分是SiO₂，被碳還原為粗硅，與氯氣化合得到SiCl₄，在被還原得高純硅。SiCl₄水解生成的酸根據復分解原理，可推知為鹽酸；（4）①a、升高溫度，平衡逆向移動，降低SiCl₄的轉化率，錯誤；b、鋅做還原劑應在無氧的條件下進行，正確；c、增大壓強，平衡正向移動，提高SiCl₄的轉化率，正確；d、Na、Mg的還原性強，可以代替鋅，正確。③每投入1mol SiCl₄，反應2摩爾鋅，熱量為332kJ，利用率為90%，可計算出結果208.8kJ。

考點：考查化學工藝流程、氧化還原反應、方程式的書寫、蓋斯定律