微考点24 硅的制取及应用
1.下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是( )
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 ②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品 ③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 ④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料 A .①② C .①④
B .②③ D .③④
2.关于硅及其化合物的叙述中,错误的是( ) A .硅是良好的半导体材料
B .二氧化硅能与石灰石反应:SiO 2+CaCO 3=====CaSiO 3+CO 2↑ C .可以用焦炭还原二氧化硅生产硅:SiO 2+2C=====Si +2CO ↑ D .水泥的主要成分是Na 2SiO 3、CaSiO 3和SiO 2
3.(2016·南通高三下学期第一次调研) 工业上通过反应“SiO 2+2C=====Si +2CO ↑”制取单质硅,下列说法正确的是( ) A .自然界中硅元素均以SiO 2形式存在
B .硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质反应 C .该反应条件下C 的还原性比Si 强
D .生成4.48LCO 时转移电子数为0.4×6.03×1023
4.(2017·黑龙江实验中学高三开学考) 氯气用途十分广泛,可用于生产半导体材料硅,其生产的流程如下,下列说法不正确的是( ) 石英砂――→粗硅――→四氯化硅――→纯硅 高温加热高温A .①③是置换反应,②是化合反应 B .高温下,焦炭与氢气的还原性均强于硅的
C .任一反应中,每消耗或生成28g 硅,均转移4mol 电子
D .高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅 5.下列关于SiO 2和CO 2的叙述中不正确的是
( ) A .都是共价化合物
①焦炭
②氯气
③氢气
高温
高温高温
B .都是酸性氧化物,都能与强碱溶液反应 C .都能溶于水且与水反应生成相应的酸
D .SiO 2可用于制光导纤维,干冰可用于人工降雨
6.硅是重要的化学元素之一,在从传统材料到信息材料的发展过程中,其创造了一个又一个奇迹。 请回答下列问题:
(1)硅在元素周期表中的位置是________________。
(2)工业上生产粗硅的反应有SiO 2+2C3273K,Si(粗硅) +2CO ↑;SiO 2+3C3273K,SiC +2CO ↑。若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1∶1,则参加反应的C 和SiO 2的质量之比为________。
(3)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅:
①若反应Ⅰ的化学方程式为Si(粗硅) +3HCl553~573K,SiHCl 3+H 2,则反应Ⅱ的化学方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②整个制备过程必须严格控制无水、无氧。SiHCl 3遇水剧烈反应生成H 2SiO 3、HCl 和另一种物质,写出该反应的化学方程式:_______________________________________。 ③假设每一轮次制备1mol 纯硅,且生产过程中硅元素没有损失,反应Ⅰ中HCl 的利用率为90%,反应Ⅱ中H 2的利用率为93.75%,则在第二轮次的生产中,补充投入HCl 和H 2的物质的量之比是________。
7.单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质) ,粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450~500℃) ,四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。
相关信息如下:
a .四氯化硅遇水极易水解;
b .硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物; c .有关物质的物理常数见下表:
请回答下列问题:
(1)写出装置A 中发生反应的离子方程式:_____________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)装置A 中g 管的作用是______________;装置C 中的试剂是____________;装置E 中的h 瓶需要冷却的理由是________________________________________。
(3)装置E 中h 瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏) 得到高纯度四氯化硅,精馏后的残留物中,除铁元素外可能还含有的杂质元素是____________(填写元素符号) 。
(4)为了分析残留物中铁元素的含量,先将残留物预处理,使铁元素还原成Fe 2,再用KMnO 4
+
标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定,反应的离子方程式为5Fe 2+MnO 4+8H
+
-
+
===5Fe3+Mn 2+4H 2O 。
+
+
①滴定前是否要滴加指示剂?________(填“是”或“否”) ,请说明理由: ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②某同学称取5.000g 残留物,经预处理后在容量瓶中配制成100mL 溶液,移取25.00mL 试
--
样溶液,用1.000×102mol·L 1KMnO 4标准溶液滴定。达到滴定终点时,消耗标准溶液20.00mL ,则残留物中铁元素的质量分数是________。
答案精析
1.C
2.D [水泥的主要成分是3CaO·SiO 2、2CaO·SiO 2、3CaO·Al 2O 3;普通玻璃的主要成分是Na 2SiO 3、CaSiO 3和SiO 2。] 3.C 4.D
5.C [二氧化硅不溶于水,硅酸是利用可溶性硅酸盐与酸反应制得的。] 6.(1)第三周期ⅣA 族 (2)1∶2
(3)①SiHCl 3+H 21373~1453K,Si(纯硅) +3HCl ②SiHCl 3+3H 2O,H 2SiO 3↓+3HCl +H 2↑ ③5∶1
解析 (1)根据硅的原子序数为14,可知其在元素周期表中位于第三周期ⅣA 族。(2)根据产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1∶1,再利用方程式计算。假设参加反应的C 为5mol ,SiO 2为2mol ,则二者的质量之比为(5mol×12g·mol 1) ∶(2mol×60g·mol 1) =1∶2。(3)①根
-
-
据流程图中的信息知,反应Ⅱ的反应物有SiHCl 3和H 2,生成物有Si(纯硅) 和HCl ,利用观察法将其配平。②由于SiHCl 3中Si 为+4价、H 为-1价、Cl 为-1价,SiHCl 3与H 2O 发生了氧化还原反应(归中反应) ,其氧化产物和还原产物均为H 2,最后利用观察法将其配平。 ③据题意:
3综合以上各反应的数据可知,在第二轮次的生产中补充投入HCl 的物质的量为(3)mol ,
90%1
投入H 2的物质的量为(-1) mol,二者的比值为5∶1。
93.75%7.(1)MnO2+4H +2Cl =====Mn 2+Cl 2↑+2H 2O
+
-
+
△
(2)平衡气压 浓H 2SO 4 SiCl 4沸点较低,用冷却液可得到液态SiCl 4 (3)Al、Cl 、P
(4)①否 MnO 4有颜色,故不需其他指示剂 ②4.48%
解析 A 为Cl 2的发生装置,B 、C 为Cl 2的净化装置,D 中发生2Cl 2+Si=====SiCl 4,生成物SiCl 4用E 收集,B 中为饱和食盐水将氯化氢气体除去,C 中应为浓H 2SO 4除水;SiCl 4沸点较低,E 中用冷却液可得到液态SiCl 4;由题中信息粗硅含铁、铝、硼、磷等杂质,即可轻松完成(3)问。
△
-
(4)①因MnO 4本来有颜色,故不再需其他指示剂。 ②由关系式: 5Fe 2 ~ MnO 4
+
-
-
5 1
n (Fe2) 20.00×103L ×1.000×102mol·L 1
+
-
-
-
n (Fe2) =0.001mol,
+
100mL -
0.001mol ××56g·mol 1
25.00mL
w (Fe)=100%=4.48%。
5.00g