Question

9．晶體硅制太陽能電池是發(fā)展低碳能源的重要舉措．晶體硅的主要制備步驟如下：
（一）用石英砂（含有少量Fe₂O₃、A1₂O₃雜質(zhì)）為原料制二氧化硅；
（二）高溫下用碳還原二氧化硅制粗硅；
（三）粗硅提純：
方案Ⅰ：Si+3HCl$\frac{\underline{\;300℃\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂
SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1000-1100℃\;}}{\;}$Si+3HCl
方案Ⅱ：Si+2Cl₂$\frac{\underline{\;460-500℃\;}}{\;}$SiCl₄
SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;電爐\;}}{鋁絲}$Si+4HCl
試回答下列問題：
（1）要除去石英砂中的少量雜質(zhì)，所用試劑為HCl（填名稱）；
（2）寫出步驟二中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；
（3）粗硅提純必須在無氧氛圍中進(jìn)行，原因是①硅易被氧化成二氧化硅；②防止O₂進(jìn)去與H₂混合引起爆炸；
（4）氫氣可由天然氣與水反應(yīng)生成：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）；△H＞0．
①要提高CH₄的利用率，可采取的措施是通入足量水；降低壓強(qiáng)； （至少寫兩條）
②在一定溫度下，向體積為2L的密閉容器中加入5mol甲烷和6mol水蒸氣，一段時(shí)間后，測(cè)得平衡時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為40%，試計(jì)算該溫度下平衡常數(shù)K=9．

Answer 1

分析 （1）SiO₂是非金屬氧化物，而Fe₂O₃、Al₂O₃是金屬氧化物，根據(jù)金屬氧化物能夠與酸反應(yīng)的性質(zhì)，用酸來除去石英沙中的Al₂O₃；
（2）高溫下，碳和二氧化硅反應(yīng)生成硅和一氧化碳；
（3）硅易被氧化成二氧化硅；反應(yīng)中使用氫氣，氫氣若與氧氣混合易引起爆炸，因此必須在無氧的氛圍中進(jìn)行；
故答案為：防止O₂進(jìn)去與H₂混合引起爆炸；
（4）①提高CH₄的利用率，從外界條件對(duì)平衡的影響考慮；
②依據(jù)化學(xué)平衡的三段式列式計(jì)算得到平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)和轉(zhuǎn)化率概念計(jì)算平衡常數(shù)K．

解答 解：（1）SiO₂是非金屬氧化物，而Fe₂O₃、Al₂O₃是金屬氧化物能與酸反應(yīng)，利用稀鹽酸可以將Fe₂O₃、Al₂O₃反應(yīng)除去，反應(yīng)物是鹽酸和Fe₂O₃、Al₂O₃，生成物是金屬氯化物和水，
故答案為：HCl；
（2）高溫下，碳和二氧化硅反應(yīng)生成硅和一氧化碳，反應(yīng)方程式為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，
故答案為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；
（3）硅易被氧化成二氧化硅；反應(yīng)中使用氫氣，氫氣若與氧氣混合易引起爆炸，因此必須在無氧的氛圍中進(jìn)行；
故答案為：硅易被氧化成二氧化硅；防止O₂進(jìn)去與H₂混合引起爆炸；
（4）①提高CH₄的利用率，通入水蒸氣、降低壓強(qiáng)可使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
故答案為：通入水蒸氣、降低壓強(qiáng)；
②在2L密閉容器中，5mol甲烷和6mol水蒸氣，一段時(shí)間后，測(cè)得平衡時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為40%，依據(jù)平衡三段式列式，
                     CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol）  5             6                0              0
變化量（mol）  5×40%      2                2            2×3
平衡量（mol） 5-2          6-2                2              6；
該溫度下的平衡常數(shù)K=$\frac{c（CO）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{\frac{2}{2}×（\frac{6}{2}）^{3}}{\frac{3}{2}×\frac{4}{2}}$=9
故答案為：9．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和制備題，還考查了化學(xué)方程式的書寫，本題考查化學(xué)平衡三段式計(jì)算應(yīng)用，轉(zhuǎn)化率和平衡常數(shù)的概念理解，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，綜合分析，從而得出正確的結(jié)論，要注意知識(shí)的整體性，題目難度中等．