Question

15．硅是無(wú)機(jī)非金屬材料的主角，硅芯片的使用，促進(jìn)了信息技術(shù)的革命．
（1）陶瓷、水泥和玻璃都屬于傳統(tǒng)硅酸鹽材料．其中，生產(chǎn)普通玻璃的主要原料除了SiO₂、Na₂CO₃外還CaCO₃．玻璃制作過(guò)程中發(fā)生了Na₂CO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂的反應(yīng)，碳酸酸性強(qiáng)于硅酸，但為什么該反應(yīng)可在高溫下發(fā)生？高溫下Na₂SiO₃的穩(wěn)定性比Na₂CO₃強(qiáng)．
（2）工業(yè)上提純硅有多種路線(xiàn)，其中一種工藝流程示意圖及主要反應(yīng)如圖：

①請(qǐng)寫(xiě)出反應(yīng)Ⅱ、Ⅲ的化學(xué)方程式：ⅡSi+3HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂、ⅢSiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+3HCl；
②在流化床反應(yīng)的產(chǎn)物中，SiHCl₃大約占85%，所含有的其它物質(zhì)的沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如下表：

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

提純SiHCl₃的主要工藝操作依次是沉降、冷凝和分餾（相當(dāng)于多次蒸餾）．沉降是為了除去Si；在空氣中冷凝所得液體主要含有SiCl₄、SiHCl₃；若在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分餾提純液體，應(yīng)該采取以下加熱方法中的D；
A．電爐加熱     B．酒精燈加熱    C．砂浴加熱    D．水浴加熱
③SiHCl₃極易水解，其完全水解時(shí)的反應(yīng)方程式為SiHCl₃+4H₂O=H₄SiO₄+H₂↑+3HCl．

Answer 1

分析 （1）生產(chǎn)普通玻璃的主要原料有：SiO₂、Na₂CO₃以及CaCO₃；反應(yīng)向生成更穩(wěn)定物質(zhì)的方向進(jìn)行；
（2）①石英砂與焦炭反應(yīng)得到Si與CO，粗硅與HCl反應(yīng)得到SiHCl₃與氫氣，最后再用氫氣還原SiHCl₃得到高純度硅；
②沉降除去高沸點(diǎn)的硅，在空氣中冷凝所得液體的沸點(diǎn)應(yīng)高于空氣的沸點(diǎn)，主要沸點(diǎn)相對(duì)較高的SiCl₄、SiHCl₃，二者沸點(diǎn)均低于水的沸點(diǎn)，可以利用水浴加熱；
③SiHCl₃極易水解，其完全水解生成原硅酸、氫氣與HCl．

解答 解：（1）生產(chǎn)普通玻璃的主要原料有：SiO₂、Na₂CO₃以及CaCO₃；碳酸酸性強(qiáng)于硅酸，但高溫下二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)生成硅酸鈉與二氧化碳，說(shuō)明高溫下Na₂SiO₃的穩(wěn)定性比Na₂CO₃強(qiáng)，
故答案為：CaCO₃；高溫下Na₂SiO₃的穩(wěn)定性比Na₂CO₃強(qiáng)；
（2）①石英砂與焦炭反應(yīng)得到Si與CO，粗硅與HCl反應(yīng)得到SiHCl₃與氫氣，最后再用氫氣還原SiHCl₃得到高純度硅，反應(yīng)Ⅱ的化學(xué)方程式為：Si+3HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂，反應(yīng)Ⅲ的化學(xué)方程式：，
故答案為：Si+3HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂；SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+3HCl；
②沉降除去高沸點(diǎn)的硅，在空氣中冷凝所得液體的沸點(diǎn)應(yīng)高于空氣的沸點(diǎn)，主要沸點(diǎn)相對(duì)較高的SiCl₄、SiHCl₃，二者沸點(diǎn)均低于水的沸點(diǎn)，可以利用水浴加熱，受熱均勻，
故答案為：Si；SiCl₄、SiHCl₃；D；
③SiHCl₃極易水解，其完全水解生成原硅酸、氫氣與HCl，反應(yīng)方程式為：SiHCl₃+4H₂O=H₄SiO₄+H₂↑+3HCl，
故答案為：SiHCl₃+4H₂O=H₄SiO₄+H₂↑+3HCl．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)化學(xué)技術(shù)的考查，涉及硅酸鹽工業(yè)、硅的制備與提純，注意對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解掌握．