Question

【題目】鋅還原四氯化硅是一種有著良好應(yīng)用前景的制備硅的方法，該制備過程示意圖如下：

（1）1mol焦炭在過程Ⅰ中失去____mol電子。

（2）過程Ⅱ中Cl2用電解飽和食鹽水制備，制備Cl2的離子方程式為________。

（3）步驟（2）中的電解過程中，若用甲醇燃料電池作電源，用KOH作電解質(zhì)，負(fù)極反應(yīng)為_________。

（4）整過生產(chǎn)過程必須嚴(yán)格控制無水，回答下列問題：

①SiCl4遇水劇烈水解生成SiO2和一種酸，化學(xué)反應(yīng)方程式為_________。

②干燥Cl2時(shí)從有利于充分干燥和操作安全的角度考慮，需將約90℃的潮濕氯氣先冷卻至12℃，然后再通入濃H2SO4中。冷卻的作用是_________。

（5）Zn還原SiCl4的可逆反應(yīng)如下：

SiCl4(g)+2Zn(s)Si(S)+2ZnCl2(g)△H＜0下列說法正確的是（___）

A．還原過程需在無氧的氣氛中進(jìn)行

B．投入1molZn可生成14g還原產(chǎn)物

C．增加SiCl4(g)的量，該反應(yīng)平衡常數(shù)不變

D．若SiCl4(g)過量可增大△H的值

（6）有一種由硅制作的材料中常加入Ag2SO4 ，已知某溫度下Ag2SO4（M＝312g/mol）的溶解度為0.624g/100g H2O，該溫度下Ag2SO4的Ksp＝_______（兩位有效數(shù)字）。

Answer 1

【答案】2 2Cl-+ 2H2OCl2↑ + H2↑ + 2OH- CH3OH一6e-+8OH- =CO32-+7H2O SiCl4+2H2O＝SiO2+4HCl 使水蒸氣冷凝，減少進(jìn)入濃硫酸的水，保持濃硫酸持續(xù)的吸水性，同時(shí)降低放出的熱量 AC 3.2×10-5

【解析】

石英砂的主要成分是二氧化硅，用焦炭在高溫下還原得到粗硅，和氯氣反應(yīng)生成液體SiCl4，分離出SiCl4后用鋅在高溫下還原得到高純硅。

（1）焦炭與二氧化硅反應(yīng)生成Si和CO，C元素的化合價(jià)升高2價(jià)，所以1mol焦炭參加反應(yīng)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是2mol；

（2）電解飽和食鹽水生成氯氣、氫氣、氫氧化鈉、離子方程式是2Cl-+ 2H2OCl2↑ + H2↑ + 2OH-；

（3）若用甲醇燃料電池作電源，用KOH作電解質(zhì)，則甲醇在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，因?yàn)殡娊赓|(zhì)溶液為堿性，所以生成的二氧化碳與氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，則負(fù)極反應(yīng)方程式是CH3OH一6e-+8OH- =CO32-+7H2O；

（4）①SiCl4遇水劇烈水解生成SiO2和一種酸，根據(jù)元素守恒，該酸為HCl，所以水解方程式是SiCl4+2H2O＝SiO2+4HCl ；

②干燥Cl2時(shí)從有利于充分干燥和操作安全的角度考慮，將約90℃的潮濕氯氣先冷卻至12℃，使水蒸氣冷凝，減少進(jìn)入濃硫酸的水，保持濃硫酸持續(xù)的吸水性，因?yàn)闈饬蛩崤c水混合會(huì)放出大量的熱，從操作安全著想，該操作還能降低放出的熱量，降低安全隱患；

（5）A.Zn為活潑金屬，易與空氣中的氧氣反應(yīng)，所以還原過程需在無氧的氣氛中進(jìn)行 ，正確；B.該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，投入1molZn不可能完全轉(zhuǎn)化為生成物，所以生成還原產(chǎn)物的質(zhì)量小于14g ，錯(cuò)誤； C.溫度不變，則平衡常數(shù)不變，所以增加SiCl4(g)的量，該反應(yīng)平衡常數(shù)不變，正確； D.一個(gè)固定反應(yīng)的反應(yīng)熱是固定值，不隨反應(yīng)物的用量而改變，錯(cuò)誤，答案選AC；

（6）已知某溫度下Ag2SO4（M＝312g/mol）的溶解度為0.624g/100g H2O，則100g水中Ag2SO4的物質(zhì)的量是0.624g/312g/mol=0.002mol，溶有0.002mol Ag2SO4的100g水的體積近似為0.1L，根據(jù)飽和溶液中存在Ag2SO42Ag++SO42-，則硫酸根離子的濃度是0.002mol/0.1L=0.02mol/L，銀離子的濃度是0.04mol/L，所以該溫度下Ag2SO4的Ksp＝ 0.02×0.042=3.2×10-5。