Question

硅在地殼中的含量較高。硅及其化合物的開發由來已久，在現代生活中有廣泛應用。回答下列問題：

（1）1810年瑞典化學家貝采利烏斯在加熱石英砂、木炭和鐵時，得到一種“金屬”。這種“金屬”可能是       。

（2）陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸鹽材料。其中，生產普通玻璃的主要原料有       。

（3）高純硅是現代信息、半導體和光伏發電等產業都需要的基礎材料。工業上提純硅有多種路線，其中一種工藝流程示意圖及主要反應如下：

	發生的主要反應
電弧爐	SiO2+2CSi+2CO↑
流化床反應器	Si+3HClSiHCl3+H2
還原爐	SiHCl3+H2Si+3HCl

 

①用石英砂和焦炭在電弧爐中高溫加熱也可以生產碳化硅，該反應的化學方程式為       ；碳化硅又稱       ，其晶體結構與       相似。

②在流化床反應的產物中，SiHCl₃大約占85%，還有SiCl₄、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl等，有關物質的沸點數據如下表，提純SiHCl₃的主要工藝操作依次是沉降、冷凝和       。

物質	Si	SiCl4	SiHCl3	SiH2Cl2	SiH3Cl	HCl	SiH4
沸點/℃	2355	57.6	31.8	8.2	-30.4	-84.9	-111.9

③SiHCl₃極易水解，其完全水解的產物為       。

（4）氯堿工業可為上述工藝生產提供部分原料，這些原料是       。

 

Answer 1

【答案】

（1）含有硅、碳的鐵合金（或硅鐵）  

（2）石英砂、純堿和石灰石

（3）①SiO₂+3CSiC+2CO↑    金剛砂 金剛石（或單晶硅） 

②精餾（或蒸餾）③H₄SiO₄（或H₂SiO₃）、H₂、HCl     

（4）H₂、HCl

【解析】

（1）加熱石英砂、木炭和鐵時，得到的為合金。

（2）生產普通玻璃的主要原料為石英砂、純堿和石灰石。

（3）①石英砂和焦炭在電弧爐中高溫中反應生成碳化硅，方程式：SiO₂+3CSiC+2CO↑；碳化硅俗稱金剛砂，其晶體結構與金剛石類似。②比較SiHCl₃、SiCl₄、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl的沸點，可得常溫下SiHCl₃、SiCl₄為液體、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl為氣體，沉降除去產物中的固體后，冷凝得到SiHCl₃、SiCl₄的混合液體，用蒸餾可分離二者。③SiHCl₃極易水解：SiHCl₃+3H₂O=H₂SiO₃+H₂+3HCl。

（4）氯堿工業產生的H₂、HCl，能作為上述工藝生產的原料。

【考點定位】本題考查無機非金屬材料——硅及其化合物。