Question

18．硅及其化合物廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能的利用、光導(dǎo)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�。�高溫下制取純硅有如下反應(yīng)（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(jí)的電子，最外層p電子有1種自旋方向；SiO₂晶體中每個(gè)硅原子與4個(gè)氧原子直接相連．
（2）單質(zhì)的還原性：碳弱于硅（填寫(xiě)“同于”、“強(qiáng)于”或“弱于”）．從平衡的視角而言，反應(yīng)①能進(jìn)行的原因是因?yàn)樯�成物CO為氣態(tài)，降低CO的濃度，可使平衡正向移動(dòng)．
（3）反應(yīng)②生成的化合物分子空間構(gòu)型為正四面體型；該分子為非極性分子（填寫(xiě)“極性”或“非極性”）．
（4）某溫度下，反應(yīng)②在容積為V升的密閉容器中進(jìn)行，達(dá)到平衡時(shí)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(dá)到平衡，Cl₂的濃度為b mol/L．則：a小于b（填寫(xiě)“大于”、“等于”或“小于”）．
（5）在t秒內(nèi)，反應(yīng)②中反應(yīng)速率v（SiCl₄）=（用含a、b的代數(shù)式表示）．
（6）工業(yè)上還可以通過(guò)如下反應(yīng)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(yīng)⑤中Si（純）的產(chǎn)率，可采取的措施有：降低壓強(qiáng)、升高溫度（或及時(shí)分離出HCl等）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)硅原子電子排布式：1s²2s²2p⁶3s²3p²確定能級(jí)，根據(jù)洪特確定自旋方向；SiO₂晶體中每個(gè)硅原子與4個(gè)氧原子形成4個(gè)Si-O共價(jià)鍵；
（2）非金屬性越強(qiáng)，單質(zhì)的氧化性越強(qiáng)；減少生成物的濃度，平衡正向移動(dòng)；
（3）四氯化硅是正四面體結(jié)構(gòu)，分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱的是非極性分子；
（4）體積減小，壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，氯氣的物質(zhì)的量減小，但體積減小更大，濃度增大；
（5）根據(jù)v=$\frac{△C}{△t}$來(lái)求出氯氣的速率，再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比來(lái)解答；
（6）降低壓強(qiáng)向體積增大的方向移動(dòng)，升高溫度向吸熱方向移動(dòng)，減少生成物的濃度，平衡正向移動(dòng)．

解答 解：（1）硅原子電子排布式：1s²2s²2p⁶3s²3p²，核外有5種不同能級(jí)的電子，當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí)，基態(tài)原子中的電子總是優(yōu)先占據(jù)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(gè)硅原子與4個(gè)氧原子形成4個(gè)Si-O共價(jià)鍵；
故答案為：5；1；4；
（2）非金屬性越強(qiáng)單質(zhì)的氧化性越強(qiáng)，碳的還原性弱于硅；減少生成物CO的濃度，平衡正向移動(dòng)；
故答案為：弱于；因?yàn)樯�成物CO為氣態(tài)，降低CO的濃度，可使平衡正向移動(dòng)；
（3）四氯化硅是正四面體結(jié)構(gòu)，SiCl₄分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，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(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，氯氣的物質(zhì)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(yīng)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(qiáng)；升高溫度；及時(shí)分離出HCl使平衡正向移動(dòng)；
故答案為：降低壓強(qiáng)；升高溫度（或及時(shí)分離出HCl等）．

點(diǎn)評(píng) 本題涉及知識(shí)點(diǎn)較多，考查原子結(jié)構(gòu)、還原性比較、電子式和平衡移動(dòng)、化學(xué)反應(yīng)速率等，難度中等，注意掌握平衡移動(dòng)原理是解題的關(guān)鍵．