热门试卷

获取知识和信息是现代人不可缺少的素质，信息产业的飞速发展离不开材料科学的推动。信息产业的核心材料是高纯度的硅，单晶硅可用来制作大规模集成电路、整流器等，硅纯度越高，大规模集成电路的性能就越好。高纯度的单晶硅生产方法有：

方法一：三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：

方法二：用金属硅化物(Mg2Si)与盐酸作用制得硅烷，再热分解硅烷可得高纯硅。

根据上述信息回答以下问题：

(1)从方法一生产单晶硅的过程看，由焦炭还原得到的硅为何还要进一步处理？_________________________________________________________。

(2)写出方法二中生产高纯硅的两个化学方程式：

①____________________________________________________________；

②__________________________________________________________。

(3)写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式：____________________________________。

(4)在方法一中，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：________________；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是_____________________________________________________。

(5)比较方法一和方法二，分析一下各自的优缺点____________________________________。

（10分）工业盐中含有NaNO2，外观和食盐相似，有咸味，人若误食会引起中毒，致死量为0．3g～0．5g。已知NaNO2能发生如下反应：2NO + xI-+ yH+ = 2NO↑+ I2 + zH2O，请回答下列问题：

（1）上述反应中，x的数值是         ，y的数值是         。

（2）根据上述反应，可用化学试纸的生活中常见物质进行实验来鉴别工业盐和食盐，现

有碘化钾淀粉试纸，则还需选用的生活中常见物质的名称为              。

（3）某工厂废切削液中含有2%—5%的NaNO2，直接排放会造成水污染，但加入下列

物质中的某一种就能使NaNO2转化为不引起污染的N2，该物质是           ，

a．NaCl         b．H2O2      c．NH4Cl         d．浓H2SO4

所发生反应的离子方程式为：                                       。

硅是信息产业、太阳能电池光电转化的基础材料。锌还原四氯化硅是一种有着良好应用前景的制备硅的方法，该制备过程示意如下：          

（1）焦炭在过程Ⅰ中作______剂。

（2）过程Ⅱ中的Cl2用电解饱和食盐水制备，制备Cl2的化学方程式是    。

（3）整个制备过程必须严格控制无水。

①SiCl4遇水剧烈水解生成SiO2和一种酸，反应的化学方程式是     。

②干燥Cl2时，从有利于充分干燥和操作安全的角度考虑，需将约90℃的潮湿氯气先冷却至12℃，然后再通入到浓H2SO4中。冷却的作用是    。

（4）Zn还原SiCl4的反应如下：

反应1： 400℃～756℃ ，SiCl4(g) + 2Zn(l)  Si(s) + 2ZnCl2(l)   ΔH1 <0 

反应2：  756℃～907℃ ，SiCl4(g) + 2Zn(l)  Si(s) + 2ZnCl2(g)  ΔH2 <0 

反应3：  907℃～1410℃，SiCl4(g) + 2Zn(g)  Si(s) + 2ZnCl2(g)  ΔH3 <0 

① 对于上述三个反应，下列说法合理的是_____。

a．升高温度会提高SiCl4的转化率      b．还原过程需在无氧的气氛中进行

c．增大压强能提高反应的速率         d．Na、Mg可以代替Zn还原SiCl4

② 实际制备过程选择“反应3”，选择的理由是    。

③ 已知Zn(l)=Zn(g)  ΔH =" +116" KJ/mol 。若SiCl4的转化率均为90%，每投入1mol SiCl4，“反应3”比“反应2”多放出_____kJ的热量。

（5）用硅制作太阳能电池时，为减弱光在硅表面的反射，采用化学腐蚀法在其表面形成粗糙的多孔硅层。腐蚀剂常用稀HNO3和HF的混合液。硅表面首先形成SiO2，最后转化为H2SiF6。用化学方程式表示SiO2转化为H2SiF6的过程     。

(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)。

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。

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：____________________。

硅在地壳中的含量较高。硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。回答下列问题：

(1)1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。这种“金属”可能是       。

(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。其中，生产普通玻璃的主要原料有     。

(3)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：

①用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为      ；碳化硅又称       ，其晶体结构与      相似。

②在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和     。

③SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为       。

(4)氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是       。

[化学——选修3：物质结构与性质]（15分）

硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础。回答下列问题：

（1）基态Si原子中，电子占据的最高能层符号为____     ，该能层具有的原子轨道数为____      、电子数为           。

（2）硅主要以硅酸盐、____             等化合物的形式存在于地壳中。

（3）单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以              相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献____         个原子。

（4）单质硅可通过甲硅烷（SiH4）分解反应来制备。工业上采用Mg2Si和NH4C1在液氨介质中反应制得SiH4，该反应的化学方程式为___                     。

（5）碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：

①硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是         。

②SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是____                              。

（6）在硅酸盐中，SiO44－四面体（如下图（a））通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图（b）为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中Si原子的杂化形式为               。Si与O的原子数之比为                。

氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如下图所示：

其中－NH2中各元素的化合价与NH3相同。请回答下列问题：

(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学反应方程式表示其原因：                                                             。

(2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是                         。(3)SiCl4在潮湿的空气中剧烈水解，产生白雾，军事工业中用于制造烟雾剂。SiCl4水解的化学反应方程式为                                              。

(4)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4，在高温下加热可得1 mol氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学式为                                            。

(5)在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式                     。

6.1gSiO2跟足量的NaOH溶液反应，然后再用适量盐酸滴加至中性，生成的硅酸沉淀质量为7.8g。求此SiO2的纯度。

生态溶液涉及农家肥料的综合利用，某种肥料经发酵得到一种含有甲烷、二氧化碳、氮气的混合气体。2．016L（标准状况）该气体通过盛有红色CuO粉末的硬质玻璃管，发生的反应为：CH4＋4CuOCO2＋2H2O＋4Cu。当甲烷完全反应后，硬质玻璃管的质量减轻4．8g。将反应后产生的气体通过过量的澄清石灰水，充分吸收，生成沉淀8．5g。试计算：

（1）原混合气体中甲烷的物质的量是____________；二氧化碳的质量是          。

（2）原混合气体中氮气的体积分数为                  。

（10分）工业生产粗硅的反应有：

SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑；SiO2＋3C SiC＋2CO↑。

（1）若产品中粗硅与碳化硅的物质的量之比为1∶1，则参加反应的C 和SiO2的质量比为______________。

（2）粗硅进一步制备纯硅的原理如下：

Si(粗)＋2Cl2(g) SiCl4(l)；     SiCl4＋2H2 Si(纯)＋4HCl。

若上述反应中Si(粗)和SiCl4的利用率均为80%，制粗硅时有10%的SiO2转化为SiC，则生产25.2吨纯硅需纯度为75%石英砂_______________吨。

（3）工业上还可以通过如下图所示的流程制取纯硅：

若反应①为：Si(粗)＋3HCl(g)SiHCl3(l)＋H2(g)；

则反应②的化学方程式为___________________________________ 。

假设每一轮次生产过程中，硅元素没有损失，反应①中HCl的利用率为α1，反应②中H2的利用率为α2,，若制备1mol纯硅，在第二轮次的生产中，现补充投入HCl和H2的物质的量之比是5∶1。则α1与α2的代数关系式为____________________________。