Question

（16分）Ⅰ.硅是信息產業、太陽能電池光電轉化的基礎材料。鋅還原四氯化硅是一種有著良好應用前景的制備硅的方法，該制備過程示意圖如下：

（1）焦炭在過程Ⅰ中做     劑。
（2）過程Ⅱ中Cl₂用電解飽和食鹽水制備，制備Cl₂的化學方程式為         。
（3）整過生產過程必須嚴格控制無水。
①SiCl₄遇水劇烈水解生成SiO₂和一種酸，反應方程式為                。
②干燥Cl₂時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的反應如下：
反應①：400℃～756℃，SiCl_4(g)+2Zn_(l)Si_(S)+2ZnCl_2(l)  △H₁＜0
反應②：756℃～907℃，SiCl_4(g)+2Zn_(l)Si_(S)+2ZnCl_2(g)  △H₂＜0
反應③：907℃～1410℃，SiCl_4(g)+2Zn_(g)Si_(S)+2ZnCl_2(g)  △H₃＜0
i. 反應②的平衡常數表達式為                 。
ii. 對于上述三個反應，下列說明合理的是           。
a.升高溫度會提高SiCl₄的轉化率     b.還原過程需在無氧的氣氛中進行
c.增大壓強能提高反應速率          d.Na、Mg可以代替Zn還原SiCl₄
（5）用硅制作太陽能電池時，為減弱光在硅表面的反射，可用化學腐蝕法在其表面形成粗糙的多孔硅層。腐蝕劑常用稀HNO₃和HF的混合液。硅表面首先形成SiO₂，最后轉化成H₂SiF₆。用化學方程式表示SiO₂轉化為H₂SiF₆的過程                     。
Ⅱ.（1）甲烷、氫氣、一氧化碳的燃燒熱分別為akJ·mol^－1，bkJ·mol^－1，ckJ·mol^－1，工業上利用天燃氣和二氧化碳反應制備合成氣（CO、H₂），其熱化學反應方程式為                      。
（2）已知Ksp(AgCl)＝1.8×10^－10，Ksp(AgI)＝1.5×10^－16，Ksp(Ag₂CrO₄)＝2.0×10^－12，三種難溶鹽的飽和溶液中，Ag⁺濃度大小的順序為               。

Answer 1

Ⅰ.（1）還原劑（1分） （2）2NaCl+H₂O電解2NaOH+Cl₂↑+H₂↑（2分）
（3）①SiCl₄+2H₂O＝SiO₂+4HCl（2分）
②使水蒸氣冷凝，減少進入濃硫酸的水，保持濃硫酸持續的吸水性（1分），同時降低放出的熱量（1分）。i. K＝（1分）  ii. b c d（完全正確2分，選一個正確1分，有錯為零分）
（5）SiO₂+6HF＝H₂SiF₆+2H₂O（2分）
Ⅱ.（1）CH_4(g)+CO_2(g)＝2CO_(g)+2H_2(g) △H＝－(a－2b－2c)KJ/mol（2分）
（2）Ag₂CrO₄＞AgCl＞AgI（2分）

解析試題分析：（1）碳在高溫下與二氧化硅反應生成CO和硅，碳元素化合價升高，被氧化，作還原劑，因此焦炭在過程Ⅰ中做還原劑。
（2）電解飽和食鹽水生成氫氧化鈉、氫氣和Cl₂，反應的化學方程式為2NaCl+H₂O電解2NaOH+Cl₂↑+H₂↑。
（3）①①SiCl₄遇水劇烈水解生成SiO₂和一種酸，根據原子守恒可知該酸應該是鹽酸，則反應的化學方程式為SiCl₄+2H₂O＝SiO₂+4HCl。
②如果不降低溫度，則水蒸氣會被濃硫酸稀釋，降低濃硫酸的性能，所以冷卻的作用是使水蒸氣冷凝，減少進入濃硫酸的水，保持濃硫酸持續的吸水性，同時降低放出的熱量。
（4）i. 化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，又因為固體或純液體不能表示平衡常數，因此反應②的平衡常數表達式為K＝。
ii.a.正方應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，則會降低SiCl₄的轉化率，a不正確；b.由于鋅是活潑的金屬，即使存在氧氣，也不會與硅反應，而是與鋅反應，因此還原過程需在無氧的氣氛中進行，b正確；c.正方應是體積減小的可逆反應，則增大壓強平衡向正反應方向移動，能提高反應速率，c正確；d.Na、Mg的活潑性均強于鋅，可以代替Zn還原SiCl₄，d正確，答案選bcd。
（5）根據原子守恒可知，反應中還有水生成，則反應的化學方程式為SiO₂+6HF＝H₂SiF₆+2H₂O。
Ⅱ.（1）燃燒熱是在一定條件下，1mol可燃物完全燃燒生成穩定的氧化物時所放出的熱量，所以甲烷、氫氣、一氧化碳完全燃燒的熱化學方程式分別為①CH_4(g)+ O_2(g)＝CO_2(g)+2H₂O_(l)△H＝－a kJ/mol、②2CO_(g)+ O_2(g)＝2CO_2(g)△H＝－2b kJ/mol、③O_{2 (g)}+2H_2(g)＝2H₂O_(l)△H＝－2c kJ/mol，所以根據蓋斯定律可知①－（②＋③）即得到CH_4(g)+CO_2(g)＝2CO_(g)+2H_2(g) △H＝－(a－2b－2c)KJ/mol。
（2）由ksp表達式可知AgCl中c(Ag⁺)＝，AgI中c(Ag⁺)＝，Ag₂CrO₄中Ag⁺為x，則，解得，所以Ag⁺濃度大小的順序為Ag₂CrO₄＞AgCl＞AgI。
考點：考查二氧化硅提純反應條件可知、外界條件對反應速率和平衡狀態的影響、熱化學方程式書寫以及溶解平衡應用等