Question

多晶硅是太陽能光伏產業(yè)的重要原料．
（1）由石英砂可制取粗硅，其相關反應的熱化學方程式如下：
SiO₂（s）+C（s）=SiO（g）+CO（g）△H=a KJ?mol^-1
2SiO（g）=Si（s）+SiO₂（s）△H=b KJ?mol^-1
①反應SiO₂（s）+2C（s）=Si（s）+2CO（g）的△H=

 

kJ?mol^-1（用含a、b的代數式表示）．
②SiO是反應過程中的中間產物．隔絕空氣時，SiO與NaOH溶液反應（產物之一是硅酸鈉）的化學方程式是

 

．
（2）粗硅提純常見方法之一是先將粗硅與HCl制得SiHCl₃，經提純后再用H₂還原：SiHCl₃（g）+H₂（g）?Si（s）+3HCl（g）不同溫度及不同n（H₂）/n（SiHCl₃）時，反應物X的平衡轉化率關系如圖1；
①X是

 

（填“H₂”、“SiHCl₃”）．
②上述反應的平衡常數K（1150℃）

 

K（950℃）（選填“＞”、“＜”、“=”）
（3）SiH₄（硅烷）法生產高純多晶硅是非常優(yōu)異的方法．
①用粗硅作原料，熔鹽電解法制取硅烷原理如圖2，電解時陽極的電極反應式為

 

．
②硅基太陽電池需用N、Si兩種元素組成的化合物Y作鈍化材料，它可由SiH₄與NH₃混合氣體進行氣相沉積得到，已知Y中Si的質量分數為60%，Y的化學式為

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,硅和二氧化硅

專題：化學反應中的能量變化,碳族元素

分析：（1）①利用蓋斯定律分析，不管化學反應是一步或分幾步完成，其反應熱是不變的；依據熱化學方程式和蓋斯定律構造目標熱化學方程式計算反應熱；
②產物之一是硅酸鈉，根據質量守恒定律，化學反應前后元素的種類和原子的個數不變書寫方程式；
（2）①根據圖象可知：橫坐標表示氫氣的量增多；
②溫度越高，SiHCl₃的轉化率高，即反應進行的程度大；
（3）①電解池中的陽極上發(fā)生失電子的氧化反應，單質硅失電子后和H^-結合生成SiH₄；
②Si的質量分數為60%，氧的質量分數為40%，據此確定化學式；

解答： 解：（1）①Ⅰ、SiO₂（s）+C（s）=SiO（g）+CO（g）△H=a KJ?mol^-1
Ⅱ、2SiO（g）=Si（s）+SiO₂（s）△H=b KJ?mol^-1
由蓋斯定律可知，Ⅰ×2+Ⅱ得SiO₂（s）+2C（s）=Si（s）+2CO（g），故△H=（2a+b）KJ?mol^-1，
故答案為：2a+b；      
②SiO與NaOH溶液反應，反應物為：SiO、NaOH，產物為Na₂SiO₃，根據質量守恒定律，氫氧化鈉前系數為2，根據氫原子守恒產物為氫氣，所以化學反應方程式為：SiO+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂↑，
故答案為：SiO+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂↑；
（2）①兩種反應物，增加其中一種，另一種物質的轉化率增大，自身的轉化率反而減小，橫坐標表示氫氣的量增多，所以縱坐標表示的轉化率提高應為SiHCl₃，
故答案為：SiHCl₃；   
②當

n(H2)

n(SiHCl3)

一定時，溫度越高，SiHCl₃的轉化率高，即反應進行的程度大，所以高溫時的化學平衡常數大，則該反應的平衡常數隨溫度升高而增大，即K（1150℃）＞K（950℃）；
故答案為：＞；
（3）①此題類似于電解精煉銅的原理，用粗銅作為陽極，從圖示知，H^-移向陽極生成SiH₄，電極反應式為Si+4H^--4e^-=SiH₄↑，
故答案為：Si+4H^--4e^-=SiH₄↑；
②n（Si）：n（N）=

60%

28

：

40%

14

=3：4，化學式為Si₃N₄，
故答案為：Si₃N₄．

點評：本題考查硅及其化合物的性質，注意蓋斯定律的應用，讀懂圖象、理順平衡常數與轉化率間的關系、注意電化學電極反應式的書寫是解題的關鍵，題目難度中等．