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圖：

(1)1 mol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)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___。

(4)Zn還原SiCl4的可逆反應(yīng)如右：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1 mol Zn可生成14 g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

(5)有一種由硅制作的材料中常加入Ag2SO4，已知某溫度下Ag2SO4(M=312 g/mol)的溶解度為0.624 g/100 gH2O(設(shè)溶液體積為水的體積)，該溫度下Ag2SO4的Ksp=___（兩位有效數(shù)字）。

Answer 1

【答案】2 2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH- 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】

石英砂與焦炭在高溫下反應(yīng)產(chǎn)生粗硅，得到的粗硅與電解方法產(chǎn)生的氯氣反應(yīng)產(chǎn)生SiCl4，SiCl4在高溫下被Zn還原產(chǎn)生純Si；由于SiCl4遇水發(fā)生水解反應(yīng)，所以反應(yīng)過程要嚴(yán)格控制無水；對于可逆反應(yīng)，結(jié)合反應(yīng)特點(diǎn)及化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析判斷；對于難溶性的物質(zhì)，可結(jié)合溶解度與溶度積常數(shù)的含義，由物質(zhì)的溶解度計(jì)算離子濃度，最后得到物質(zhì)的溶度積常數(shù)Ksp的值。

(1)過程I中發(fā)生反應(yīng)：SiO2+2CSi+2CO↑，在反應(yīng)中，碳元素化合價(jià)由0價(jià)升高為+2價(jià)，所以1 mol焦炭在過程Ⅰ中失去2 mol電子；

(2)電解氯化鈉溶液生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣，電解離子方程式為：2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-；

(3)①SiCl4遇水劇烈水解生成SiO2和一種酸，根據(jù)元素守恒，可知該酸為鹽酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：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，可將約90℃的潮濕氯氣先冷卻至12℃，然后再通入濃H2SO4中，可使水蒸氣冷凝，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；

(4)反應(yīng)SiCl4(g)+2Zn(s)Si(S)+2ZnCl2(g) △H<0的正反應(yīng)為氣體體積增大的放熱反應(yīng)。

A．Zn、Si在高溫條件下都能與氧氣反應(yīng)，所以該過程需在無氧的氣氛中進(jìn)行，A正確；

B．反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)，投入的Zn不能完全反應(yīng)，投入1 mol Zn反應(yīng)生成還原產(chǎn)物Si的物質(zhì)的量小于0.5 mol，則其質(zhì)量小于14 g，B錯(cuò)誤；

C．平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，增加SiCl4(g)的量，反應(yīng)溫度不變，則該反應(yīng)平衡常數(shù)不變，C正確；

D．焓變△H與熱化學(xué)方程式中SiCl4的物質(zhì)的量有關(guān)，與加入的SiCl4的量無關(guān)，D錯(cuò)誤；

故合理選項(xiàng)是AC；

(5)假設(shè)水的質(zhì)量為100 g，則100 g水溶解的Ag2SO4的質(zhì)量為0.624 g，則n(Ag2SO4)==2×10-3 mol，溶液的質(zhì)量約100.624 g，溶液密度約是水的密度，所以溶液體積約為100.624 mL≈0.1 L，所以Ag2SO4的物質(zhì)的量濃度c(Ag2SO4)=2×10-2 mol/L，則c(SO42-)=2×10-2 mol/L，c(Ag+)=2c(SO42-)=4×10-2 mol/L，所以Ksp(Ag2SO4)= c2(Ag+) c(SO42-)=(4×10-2)2×2×10-2=3.2×10-5。