Question

5．含硅元素的化合物廣泛存在于自然界中，與其他礦物共同構(gòu)成巖石．晶體硅（熔點(diǎn) 1410℃）用途廣泛，制取與提純方法有多種．
（1）煉鋼開始和結(jié)束階段都可能發(fā)生反應(yīng)：Si+2FeO$\stackrel{高溫}{→}$ 2Fe+SiO₂，其目的是CD．
A．得到副產(chǎn)品硅酸鹽水泥 
B．制取SiO₂，提升鋼的硬度
C．除去生鐵中過多的Si雜質(zhì)
D．除過量FeO，防止鋼變脆
（2）一種由粗硅制純硅過程如下：Si（粗）$→_{460℃}^{Cl_{2}}$SiCl₄$\stackrel{蒸餾}{→}$SiCl₄（純）$→_{1100℃}^{H_{2}}$Si（純），在上述由SiCl₄制純硅的反應(yīng)中，測得每生成 1.12kg純硅需吸收akJ熱量，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：SiCl₄（g）+2H₂（g）→Si（s）+4HCl（g）△H=-0.025akJ/mol．
對(duì)于鈉的鹵化物（NaX）和硅的鹵化物（SiX₄）下列敘述正確的是BC
A．NaX易水解　　　            
B．SiX₄是共價(jià)化合物
C．NaX的熔點(diǎn)一般高于SiX₄ D．SiF₄晶體是由共價(jià)鍵形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)
（3）粗硅經(jīng)系列反應(yīng)可生成硅烷（SiH₄），硅烷分解也可以生成高純硅．硅烷的熱穩(wěn)定性弱于甲烷，所以Si元素的非金屬性弱于C元素，用原子結(jié)構(gòu)解釋其原因：C和Si最外層電子數(shù)相同（或“是同主族元素”），C原子半徑小于Si（或“C原子電子層數(shù)少于Si”）．
（4）此外，還可以將粗硅轉(zhuǎn)化成三氯氫硅（SiHCl₃），通過反應(yīng)：SiHCl₃（g）+H₂（g）?Si（s）+3HCl（g）制得高純硅．不同溫度下，SiHCl₃的平衡轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)物的投料比（反應(yīng)初始時(shí)，各反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比）的變化關(guān)系如下圖所示．下列說法正確的是a、c（填字母序號(hào)）．
a．該反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度升高而增大
b．橫坐標(biāo)表示的投料比應(yīng)該是$\frac{n（SiHCl3）}{n（H2）}$
c．實(shí)際生產(chǎn)中為提高SiHCl₃的利用率，可適當(dāng)降低壓強(qiáng)
（5）硅元素最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物是H₂SiO₃．室溫下，0.1mol/L的硅酸鈉溶液和0.1mol/L的碳酸鈉溶液，堿性更強(qiáng)的是硅酸鈉，其原因是硅酸的K_i2小于碳酸的K_i2，硅酸鈉更易水解．
已知：H₂SiO₃：K_i1=2.0×10^-10      K_i2=1.0×10^-12 H₂CO₃：K_i1=4.3×10^-7       K_i2=5.6×10^-11．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)煉鋼的要求把生鐵中的含碳量去除到規(guī)定范圍，并使其它元素的含量減少或增加到規(guī)定范圍的過程，簡單地說，是對(duì)生鐵降碳、去硫磷、調(diào)硅錳含量的過程；在使碳等元素降到規(guī)定范圍后，鋼水中仍含有大量的氧元素，是有害的雜質(zhì)，使鋼塑性變壞，軋制時(shí)易產(chǎn)生裂紋；
（2）每生成1.12kg純硅需吸收akJ熱量，則生成1mol純硅吸收的熱量為$\frac{a}{\frac{1.12×1{0}^{3}}{28}}$=0.025aKJ，據(jù)此寫出反應(yīng)熱化學(xué)方程式；
A．強(qiáng)酸的鈉鹽不水解；
B．硅的鹵化物（SiX₄）是由非金屬元素原子間通過共用電子對(duì)形成的化合物；
C．離子晶體的熔點(diǎn)大于分子晶體的熔點(diǎn)；
D．SiF₄晶體屬于分子晶體．
（3）硅烷的分解溫度遠(yuǎn)低于甲烷的原因?yàn)椋篊和Si最外層電子數(shù)相同（或“是同主族元素”），C原子半徑小于Si（或“C原子電子層數(shù)少于Si”） Si元素的非金屬性弱于C元素，硅烷的熱穩(wěn)定性弱于甲烷；
（4）a．因?yàn)殡S著溫度的升高，SiHCl₃的轉(zhuǎn)化率增大，平衡右移，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度升高而增大；
b．增大一種反應(yīng)物的濃度，能提高其它反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，而本身的轉(zhuǎn)化率反而降低，故橫坐標(biāo)表示的投料比應(yīng)該是$\frac{n（{H}_{2}）}{n（SiHC{l}_{3}）}$；
c．降低壓強(qiáng)平衡向氣體系數(shù)減小方向移動(dòng)；
（5）依據(jù)鹽類水解規(guī)律“越弱越水解”解答．

解答 解：（1）煉鋼的要求把生鐵中的含碳量去除到規(guī)定范圍，并使其它元素的含量減少或增加到規(guī)定范圍的過程，簡單地說，是對(duì)生鐵降碳、去硫磷、調(diào)硅錳含量的過程，這一過程基本上是一個(gè)氧化過程，是用不同來源的氧（如空氣中的氧、純氧氣、鐵礦石中的氧）來氧化鐵水中的碳、硅、錳等元素．化學(xué)反應(yīng)主要是2FeO+Si$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+SiO₂、FeO+Mn$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ Fe+MnO；
在使碳等元素降到規(guī)定范圍后，鋼水中仍含有大量的氧，是有害的雜質(zhì)，使鋼塑性變壞，軋制時(shí)易產(chǎn)生裂紋，故煉鋼的最后階段必須加入脫氧劑（例如錳鐵、硅鐵和鋁等），以除去鋼液中多余的氧：Mn+FeO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$MnO+Fe，Si+2FeO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiO₂+2Fe，Al+3FeO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+3Fe，
故選：CD；
（2）由題意可知：每生成1.12kg純硅需吸收akJ熱量，則生成1mol純硅吸收的熱量為$\frac{a}{\frac{1.12×1{0}^{3}}{28}}$=0.025aKJ，所以該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：SiCl₄（g）+2H₂（g）→Si（s）+4HCl（g）△H=-0.025akJ/mol；
A．鈉的強(qiáng)酸鹽不水解，NaX（NaF除外）不易水解，故A錯(cuò)誤；
B．硅的鹵化物（SiX₄）是由非金屬元素原子間通過共用電子對(duì)形成的化合物，是共價(jià)化合物，故B正確；
C．鈉的鹵化物（NaX）為離子化合物屬于離子晶體，硅的鹵化物（SiX₄）為共價(jià)化合物屬于分子晶體，離子晶體的熔點(diǎn)大于分子晶體的熔點(diǎn)，即NaX的熔點(diǎn)一般高于SiX₄，故C正確；
D．SiF₄晶體是由分子間作用力結(jié)合而成，故D錯(cuò)誤；
故答案為：SiCl₄（g）+2H₂（g）→Si（s）+4HCl（g）△H=-0.025akJ/mol； BC；
（3）C和Si最外層電子數(shù)相同（或“是同主族元素”），C原子半徑小于Si（或“C原子電子層數(shù)少于Si”） Si元素的非金屬性弱于C元素，硅烷的熱穩(wěn)定性弱于甲烷，故硅烷的分解溫度遠(yuǎn)低于甲烷，
故答案為：C和Si最外層電子數(shù)相同（或“是同主族元素”），C原子半徑小于Si（或“C原子電子層數(shù)少于Si”） Si元素的非金屬性弱于C元素，硅烷的熱穩(wěn)定性弱于甲烷；
（4）a．因?yàn)殡S著溫度的升高，SiHCl₃的轉(zhuǎn)化率增大，平衡右移，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度升高而增大，故a正確；
b．增大一種反應(yīng)物的濃度，能提高其它反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，而本身的轉(zhuǎn)化率反而降低，故橫坐標(biāo)表示的投料比應(yīng)該是$\frac{n（{H}_{2}）}{n（SiHC{l}_{3}）}$，故b錯(cuò)誤；
c．SiHCl₃（g）+H₂（g）?Si（s）+3HCl（g）正向?yàn)闅怏w系數(shù)減小方向，降低壓強(qiáng)平衡向氣體系數(shù)減小方向移動(dòng)，可以提高SiHCl₃的利用率，故c正確；
故選：a、c；
（5）依據(jù)所給數(shù)據(jù)可知：硅酸的K_i2小于碳酸的K_i2，依據(jù)“越弱越水解”可知硅酸鈉更易水解，
故答案為：硅酸鈉；硅酸的K_i2小于碳酸的K_i2，硅酸鈉更易水解．

點(diǎn)評(píng) 本題為綜合題考查了高爐煉鐵原理、熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)平衡移動(dòng)影響因素、鹽類水解規(guī)律，題目難度中等，注意對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)知識(shí)的掌握．