Question

7．高純硅晶體是信息技術(shù)的重要材料．
（1）在周期表的以下區(qū)域中可以找到類似硅的半導(dǎo)體材料的是B（填字母）．
A．過渡元素區(qū)域           B．金屬和非金屬元素的分界線附近
（2）工業(yè)上用石英和焦炭可以制得粗硅．已知（如圖1）：寫出用石英和焦炭制取粗硅的熱化學(xué)方程式SiO₂（s）+2C（s）Si（s）+2CO（g）△H=+638.4 kJ/mol．
（3）某同學(xué)設(shè)計(jì)下列流程制備高純硅（圖3）：
①Y的化學(xué)式為H₂SiO₃．
②寫出反應(yīng)Ⅰ的離子方程式SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O．
③寫出反應(yīng)Ⅳ的化學(xué)方程式SiO₂+4Mg$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Mg₂Si+2MgO．
④步驟Ⅵ中硅烷（SiH₄）分解生成高純硅，已知甲烷分解的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硅烷，用原子結(jié)構(gòu)解釋其原因是周期表中，硅和碳屬于同主族，原子半徑Si大于C，硅元素的非金屬性弱于碳元素，硅烷的熱穩(wěn)定性弱于甲烷．
（4）將粗硅轉(zhuǎn)化成三氯硅烷（SiHCl₃），進(jìn)一步反應(yīng)也可以制得粗硅．其反應(yīng)：SiHCl₃ （g）+H₂（g）?Si（s）+3HCl（g），不同溫度下，SiHCl₃的平衡轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)物的投料比（反應(yīng)初始時(shí)各反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比）的變化關(guān)系如圖2所示．下列說法正確的是BC（填字母）．
A．該反應(yīng)是放熱反應(yīng)
B．橫坐標(biāo)表示的投料比應(yīng)該是$\frac{n（{H}_{2}）}{n（SiHC{l}_{3}）}$
C．該反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度升高而增大
D．實(shí)際生產(chǎn)中為提高SiHCl₃的利用率，可以適當(dāng)增大壓強(qiáng)．

Answer 1

分析 （1）金屬和非金屬元素的分界線附近的元素具有一定的金屬性與非金屬性；
（2）由圖1可得熱化學(xué)方程式：①Si（s）+O₂（g）=SiO₂（s）△H=-859.4 kJ/mol，
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0 kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，②-①可得目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
（3）①②砂粒中二氧化硅與氫氧化鈉反應(yīng)生成Na₂SiO₃，過濾得到X為Na₂SiO₃，再加入硫酸、過濾得到Y(jié)為H₂SiO₃；
③由圖可知，SiO₂與Mg反應(yīng)生成Mg₂Si，根據(jù)原子守恒可知還生成MgO；
④元素非金屬性越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)氫化物越穩(wěn)定；
（4）A．由圖可知，投料比一定時(shí)，溫度越高，SiHCl₃的轉(zhuǎn)化率越大，說明升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
B．溫度一定時(shí)，投料比越大，SiHCl₃的轉(zhuǎn)化率越大，說明$\frac{n（{H}_{2}）}{n（SiHC{l}_{3}）}$比值越大；
C．升高溫度平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，平衡常數(shù)增大；
D．正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)．

解答 解：（1）金屬和非金屬元素的分界線附近的元素具有一定的金屬性與非金屬性，可以在該區(qū)域內(nèi)找到類似硅的半導(dǎo)體材料，故選：B；
（2）由圖1可得熱化學(xué)方程式：①Si（s）+O₂（g）=SiO₂（s）△H=-859.4 kJ/mol，
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0 kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，②-①可得目標(biāo)熱化學(xué)方程式為：SiO₂（s）+2C（s）Si（s）+2CO（g）△H=+638.4 kJ/mol，
故答案為：SiO₂（s）+2C（s）Si（s）+2CO（g）△H=+638.4 kJ/mol；
（3）①砂粒中二氧化硅與氫氧化鈉反應(yīng)生成Na₂SiO₃，過濾得到X為Na₂SiO₃，再加入硫酸、過濾得到Y(jié)為H₂SiO₃，故答案為：H₂SiO₃；
②反應(yīng)Ⅰ的離子方程式為：SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，
故答案為：SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
③由圖可知，SiO₂與Mg反應(yīng)生成Mg₂Si，根據(jù)原子守恒可知還生成MgO，反應(yīng)方程式為：SiO₂+4Mg$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Mg₂Si+2MgO，
故答案為：SiO₂+4Mg$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Mg₂Si+2MgO；
④周期表中，硅和碳屬于同主族，原子半徑Si大于C，硅元素的非金屬性弱于碳元素，硅烷的熱穩(wěn)定性弱于甲烷，
故答案為：周期表中，硅和碳屬于同主族，原子半徑Si大于C，硅元素的非金屬性弱于碳元素，硅烷的熱穩(wěn)定性弱于甲烷；
（4）A．由圖可知，投料比一定時(shí)，溫度越高，SiHCl₃的轉(zhuǎn)化率越大，說明升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，即正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；
B．溫度一定時(shí)，投料比越大，SiHCl₃的轉(zhuǎn)化率越大，而$\frac{n（{H}_{2}）}{n（SiHC{l}_{3}）}$比值越大，SiHCl₃的轉(zhuǎn)化率越大，說明橫坐標(biāo)為$\frac{n（{H}_{2}）}{n（SiHC{l}_{3}）}$，故B正確；
C．升高溫度平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，平衡常數(shù)增大，故C正確；
D．正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，SiHCl₃的轉(zhuǎn)化率減小，故D錯(cuò)誤，
故選：BC．

點(diǎn)評(píng) 本題以信息技術(shù)的重要材料--硅為載體，考查物質(zhì)制備工藝流程、條件控制、熱化學(xué)方程式書寫、元素周期表應(yīng)用、化學(xué)平衡圖象及影響因素，屬于拼合型題目，難度中等．