Question

11．硅在地殼中的含量較高．硅及其化合物的開發(fā)由來已久，在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用．回答下列問題：
（1）1810年瑞典化學(xué)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”可能是含有硅碳的鐵合金．
（2）陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸鹽材料．其中，生產(chǎn)普通玻璃的主要原料有純堿、石英和石灰石．
（3）高純硅是現(xiàn)代信息、半導(dǎo)體和光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)都需要的基礎(chǔ)材料．工業(yè)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(yīng)如下：

	發(fā)生的主要反應(yīng)
電弧爐	SiO2+2C$\stackrel{1600-1800℃}{?}$Si+2CO↑
流化床反器	Si+3HCl$\stackrel{250-300℃}{?}$SiHCl3+H2
還原爐	SiHCl3+H2$\stackrel{1100-1200℃}{?}$Si+3HCl

①用石英砂和焦炭在電弧爐中高溫加熱也可以生產(chǎn)碳化硅，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiC+2CO↑；碳化硅又稱金剛砂，其晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似．
②在流化床反應(yīng)的產(chǎn)物中，SiHCl₃大約占 85%，還有SiCl₄、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl等，有關(guān)物質(zhì)的沸點數(shù)據(jù)如下表，提純SiHCl₃的主要工藝操作依次是沉降、冷凝和精餾（或蒸餾）．

物質(zhì)	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(chǎn)物為H₄SiO₄（或H₂SiO₃）、H₂、HCl．
（4）氯堿工業(yè)可為上述工藝生產(chǎn)提供部分原料，這些原料是H₂、HCl．

Answer 1

分析 （1）石英砂主要成分為二氧化硅，碳做還原劑還原二氧化硅為單質(zhì)硅；
（2）生產(chǎn)玻璃的原料是純堿、石英和石灰石；
（3）①石英砂主要成分為二氧化硅，二氧化硅和碳在高溫的條件下反應(yīng)生成碳化硅和一氧化碳；碳化硅又稱金剛砂，其晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似；
②根據(jù)題中數(shù)據(jù)，采用精餾（或蒸餾）方法提純SiHCl₃；
③SiHCl₃水解生成硅酸、氫氣和氯化氫；
（4）電解飽和食鹽水稱為氯堿工業(yè)，結(jié)合上述工藝流程解答．

解答 解：（1）石英砂的主要成分是二氧化硅，加熱石英砂、木炭和鐵時，發(fā)生置換反應(yīng)，SiO₂+2C $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，所以在加熱石英砂、木炭和鐵時，得到一種“金屬”．這種“金屬”可能是含有硅碳的鐵合金，
故答案為：含有硅碳的鐵合金；
（2）制造普通玻璃的主要原料是：純堿、石灰石和石英，在玻璃窯中強熱時的主要發(fā)生反應(yīng)：SiO₂+Na₂CO₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑、SiO₂+CaCO₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSiO₃+CO₂↑，
故答案為：純堿、石英和石灰石；
（3）①石英砂的主要成分是二氧化硅，在反應(yīng)中生成碳化硅，反應(yīng)為：SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiC+2CO↑，碳化硅又稱金剛砂，其晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似，
故答案為：SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiC+2CO↑；金剛砂；金剛石；
②利用沸點的不同提純SiHCl₃屬于蒸餾，SiHCl₃（沸點33.0℃）中含有少量SiCl₄（沸點57.6℃）和HCl（沸點-84.7℃），由于沸點差別較大，可以通過精餾（或蒸餾）除去雜質(zhì)，
故答案為：精餾（或蒸餾）；
③SiHCl₃水解反應(yīng)方程式為：SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl↑，生成硅酸、氫氣和氯化氫，
故答案為：H₄SiO₄（或H₂SiO₃）、H₂、HCl；
（4）氯堿工業(yè)主要反應(yīng)為電解飽和食鹽水：2NaCl+2H₂O $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，為該化學(xué)工藝提供H₂、HCl，
故答案為：H₂、HCl．

點評 本題考查了實驗方案設(shè)計的有關(guān)知識，側(cè)重考查了硅及其化合物的有關(guān)知識，注意粗硅的提純反應(yīng)原理，對知識進行遷移解決情形相似的新問題體現(xiàn)出知識運用與問題分析的能力是本題的特點，題目難度中等．