(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)。

(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)。

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(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
SiHCl3
SiCl4
AsCl3
沸点/℃
32.0
57.5
131.6
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)
解析

试题分析:(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↑
举一反三
下列说法不正确的是
A.氢氟酸能和玻璃的成分SiO2发生化学反应
B.根据SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑的反应,可推知硅酸的酸性比碳酸强
C.CO2气体通入到Na2SiO3溶液中可以制得硅酸
D.原硅酸不稳定,易失去水分子成为硅酸

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将过量的CO2分别通入到下列溶液中,最终溶液中有白色沉淀析出的是
①CaCl2溶液;②Na2SiO3溶液;③Ca(OH)2溶液;④饱和Na2CO3溶液
A.①②③④B.②③C.①②③D.②④

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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       ,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NH4CI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:
化学键
C-C
C-H
C-O
Si-Si
Si-H
Si-O
键能(KJ/mol)
356
413
336
226
318
452
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       化学式为   

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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     
物质
Si
SiCl4
SiHCl3
SiH2Cl2
SiH3Cl
HCl
SiH4
沸点/℃
2355
57.6
31.8
8.2
-30.4
-84.9
-111.9
 
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       
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将CO2转化成有机物可有效实现碳循环。下列反应中,最节能的是
A.CO2 + 3H2CH3OH +H2O
B.6CO2 + 6H2OC6H12O6 + 6O2
C.CO2 + CH4CH3COOH
D.2CO2 + 6H2CH2=CH2 + 4H2O

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