问题 填空题

(15分)高纯晶体硅是信息技术的关键材料。

(1)硅元素位于周期表的______周期______族。下面有关硅材料的说法中正确的是__________(填字母)。

A.碳化硅化学性质稳定,可用于生产耐高温水泥

B.氮化硅硬度大、熔点高,可用于制作高温陶瓷和轴承

C.高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料———光导纤维

D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的,故在玻璃尖口点燃H2时出现黄色火焰E.盐酸可以与硅反应,故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅

(2)工业上用石英砂和焦炭可制得粗硅。

已知:

请将以下反应的热化学方程式补充完整:

SiO2(s) + 2C(s) ="==" Si(s) + 2CO(g)   △H = ________

(3)粗硅经系列反应可生成硅烷(SiH4),硅烷分解生成高纯硅。已知硅烷的分解温度远低于甲烷,用原子结构解释其原因:_________,Si元素的非金属性弱于C元素,硅烷的热稳定性弱于甲烷。

(4)将粗硅转化成三氯氢硅(SiHCl3),进一步反应也可制得高纯硅。

①SiHCl3中含有的SiCl4、AsCl3等杂质对晶体硅的质量有影响。根据下表数据,可用________ 方法提纯SiHCl3

物质SiHCl3SiCl4AsCl3
沸点/℃32.057.5131.6
②用SiHCl3制备高纯硅的反应为SiHCl3(g) +H2(g) Si(s) + 3HCl(g), 不同温度下,SiHCl3的平衡转化率随反应物的投料比(反应初始时,各反应物的物质的量之比)的变化关系如右图所示。下列说法正确的是________(填字母序号)。

a.该反应的平衡常数随温度升高而增大

b.横坐标表示的投料比应该是

c.实际生产中为提高SiHCl3的利用率,应适当升高温度

③整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质,写出配平的化学反应方程式:____________________。

答案

(1)3(1分)   ⅣA (1分)    BCD(2分)

(2)+638.4 kJ·mol-1(2分) (单位写错扣1分)

(3)C和Si最外层电子数相同(或“是同主族元素”) (2分),C原子半径小于Si(或“C原子电子层数少于Si”) (2分)

(4)①蒸馏(或分馏) (1分)    ②a、c(2分)

③SiHCl3+3H2O===H2SiO3↓+H2↑+3HCl↑(2分)

题目分析:(1) 硅元素位于周期表的3周期ⅣA族。碳化硅化学性质稳定,可耐高温,但不可能做水泥,A错;盐酸不能与硅反应,应采用氢氟酸为抛光液抛光单晶硅,E错。

(2)根据两个反应过程能量变化图像可知:Si(s) + O2(s) ="==" SiO2(s)  △H=-859.4kJ·mol-1

2C(s) + O2(s)===2CO(g)   △H =-221.0kJ·mol-1

用第二个方程式减去第一个方程式得出所需反应,可以计算出△H =+638.4 kJ·mol-1

(3) 硅烷的分解温度远低于甲烷,是因为C和Si最外层电子数相同(或“是同主族元素”),C原子半径小于Si(或“C原子电子层数少于Si”)

(4)①SiHCl3中含有的SiCl4、AsCl3等杂质,而SiHCl3沸点最低,可采用蒸馏(或分馏)提纯;②a项中,因为反应投料比相同时,温度越高,SiHCl3的转化率越大,说明正反应是吸热反应,故该反应的平衡常数随温度升高而增大;b项中,反应投料比最大,同一温度曲线,SiHCl3的转化率越大,只有加入H2的量才能实现,说明横坐标表示的投料比应该是;c项中,SiHCl3沸点低,实际生产中为提高SiHCl3的利用率,应适当升高温度。

③根据质量守恒定律,可确定产物中H元素不守恒,即添加H2,有SiHCl3+3H2O="==" H2SiO3↓+H2↑+3HCl↑

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