Question

9．我國(guó)目前制備多晶硅主要采用三氯氫硅氫還原法、硅烷熱解法和四氯化硅氫還原法．由于三氯氫硅還原法具有一定優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用．其簡(jiǎn)化的工藝流程如圖所示：

（1）制備三氯氫硅的反應(yīng)為：Si（s）+3HCl（g）=SiHCl₃（g）+H₂（g）△H=-210kJ•mol^-1．伴隨的副反應(yīng)有：Si（s）+4HCl（g）=SiCl₄（g）+2H₂（g）△H=-241kJ•mol^-1．
SiCl₄在一定條件下與H₂反應(yīng)可轉(zhuǎn)化為SiHCl₃，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
SiCl₄（g）+H₂（g）=SiHCl₃（g）+HCl（g）△H=+31kJ•mol^-1．
（2）由純SiHCl₃制備高純硅的化學(xué)反應(yīng)方程式為SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1050℃～1100℃\;}}{\;}$Si+3HCl．該生產(chǎn)工藝中可以循環(huán)使用的物質(zhì)是HCl、H₂、SiHCl₃等（至少寫(xiě)出兩種）．
（3）由于SiH₄具有易提純的特點(diǎn)，因此硅烷熱分解法是制備高純硅很有發(fā)展?jié)摿Φ姆椒ǎ�工業(yè)上廣泛采用的合成硅烷方法是讓硅化鎂和固體氯化銨在液氨介質(zhì)中反應(yīng)得到硅烷，化學(xué)方程式是Mg₂Si+4NH₄Cl═SiH₄↑+2MgCl₂+4NH₃↑；整個(gè)制備過(guò)程必須嚴(yán)格控制無(wú)水，否則反應(yīng)將不能生成硅烷，而是生成硅酸和氫氣等，其化學(xué)方程式為Mg₂Si+4NH₄Cl+3H₂O═2MgCl₂+H₂SiO₃+4NH₃↑+4H₂↑；整個(gè)系統(tǒng)還必須與氧隔絕，其原因是由于硅烷在空氣中易燃，濃度高時(shí)容易發(fā)生爆炸．

Answer 1

分析 石英砂和焦炭高溫加熱反應(yīng)生成粗硅和一氧化碳，粗硅在流化床反應(yīng)器中和HCl反應(yīng)生成SiHCl₃和氫氣，氫氣在后面可以循環(huán)利用，在還原爐中被氫氣還原生成高純硅，同時(shí)生成HCl可循環(huán)利用，
（1）根據(jù)蓋斯定律可以計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的焓變；
（2）利用氫氣和純SiHCl₃反應(yīng)制備高純硅，過(guò)程中反應(yīng)后最后又生成的物質(zhì)可以循環(huán)使用；
（3）根據(jù)題目信息和已知條件來(lái)書(shū)寫(xiě)方程式．

解答 解：（1）根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)SiCl₄（g）+H₂（g）═SiHCl₃（g）+HCl（g）可以看成是Si（s）+3HCl（g）═SiHCl₃（g）+H₂（g）和反應(yīng)Si（s）+4HCl（g）═SiCl₄（g）+2H₂（g）的差，所以△H═-210kJ•mol^-1-（-241kJ•mol^-1）=+31 kJ•mol^-1，
故答案為：+31 kJ•mol^-1；
（2）利用氫氣和純SiHCl₃反應(yīng)制備高純硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1050℃～1100℃\;}}{\;}$Si+3HCl；依據(jù)流程關(guān)系和反應(yīng)產(chǎn)物分析，該生產(chǎn)工藝中可以循環(huán)使用的物質(zhì)是 HCl、H₂、SiHCl₃等；
故答案為：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1050℃～1100℃\;}}{\;}$Si+3HCl；  HCl、H₂、SiHCl₃等；
（3）硅化鎂和固體氯化銨在液氨介質(zhì)中反應(yīng)得到硅烷，根據(jù)原子守恒，則Mg₂Si+4NH₄Cl═SiH₄↑+2MgCl₂+4NH₃↑，整個(gè)系統(tǒng)還必須與氧隔絕，否則容易發(fā)生爆炸，硅化鎂和固體氯化銨在水中反應(yīng)得到硅酸和氫氣等，根據(jù)原子守恒，則Mg₂Si+4NH₄Cl+3H₂O═2MgCl₂+H₂SiO₃+4NH₃↑+4H₂↑，
故答案為：Mg₂Si+4NH₄Cl═SiH₄↑+2MgCl₂+4NH₃↑；Mg₂Si+4NH₄Cl+3H₂O═2MgCl₂+H₂SiO₃+4NH₃↑+4H₂↑；由于硅烷在空氣中易燃，濃度高時(shí)容易發(fā)生爆炸．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道有關(guān)硅和二氧化硅性質(zhì)的綜合題，難度較大，考查學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力．