Question

工業(yè)生產(chǎn)粗硅的主要原理為：SiO₂+2CSi(粗)+2CO↑。

(1)若在制粗硅的過程中同時(shí)生成了碳化硅，且生成的硅和碳化硅的物質(zhì)的量之比為5∶1，則參加反應(yīng)的C和SiO₂的質(zhì)量比為____________。

(2)工業(yè)上可通過如下流程由粗硅制取純硅：

Si(粗)SiCl₄(l) Si(純)

若上述反應(yīng)中Si(粗)和SiCl₄的利用率均為80%，制粗硅時(shí)有10%的SiO₂轉(zhuǎn)化為SiC，則生產(chǎn)100.8 t純硅需純度為75%的石英砂多少噸？

(3)工業(yè)上還可以通過下圖所示的流程來制取純硅：

反應(yīng)①：Si(粗)+3HCl(g) SiHCl₃(l)+H₂(g)

反應(yīng)②：SiHCl₃+H₂Si(純)+3HCl

假設(shè)在每一輪次的投料生產(chǎn)中，硅元素沒有損失，反應(yīng)①中HCl的利用率為75%，反應(yīng)②中H₂的利用率為80%，則在下輪次的生產(chǎn)中，需補(bǔ)充投入HCl和H₂的體積比為多少？

Answer 1

(1)13∶30

(2)設(shè)需純度為75%的石英砂的質(zhì)量為x。

根據(jù)題意有下列關(guān)系式：

                SiO₂  —  Si    —    SiCl₄    —    Si(純)

                  60                                          28

x×75%×(1-10%)×80%×80%             100.8 t

解得：x=500 t

(3)設(shè)每輪生產(chǎn)投入的粗硅中含1 mol Si，

則由反應(yīng)①可知：消耗HCl的物質(zhì)的量為3 mol/75%=4 mol，生成H₂的物質(zhì)的量為1 mol。

由反應(yīng)②可知：消耗H₂的物質(zhì)的量為1 mol/80%=1.25 mol，生成HCl的物質(zhì)的量為3 mol。

則在一輪次的生產(chǎn)中，需補(bǔ)充投入HCl和H₂的物質(zhì)的量之比(即體積比)為：

(4 mol-3 mol)∶(1.25 mol-1 mol)=4∶1

解析：本題考查化學(xué)計(jì)算的能力。

(1)SiO₂+2CSi+2CO↑  Si+CSiC

當(dāng)生成的硅和碳化硅的物質(zhì)的量之比為5∶1時(shí)，參加反應(yīng)的C和SiO₂的物質(zhì)的量之比為13∶6。

(2)設(shè)需純度為75%的石英砂x。根據(jù)題意有下列關(guān)系式：

               SiO₂  —  Si    —    SiCl₄    —    Si(純)

                 60                                          28

x×75%×(1-10%)×80%×80%             100.8 t

解得：x=500 t

或由Si原子守恒：x×75%×(1-10%)×80%×80%/60=100.8/28

解得：x=500 t

(3)設(shè)每輪生產(chǎn)投入的粗硅中含1 mol Si。則由反應(yīng)①可知：消耗HCl的物質(zhì)的量為3 mol/75%=4 mol，生成H₂的物質(zhì)的量為1 mol。由反應(yīng)②可知：消耗H₂的物質(zhì)的量為1 mol/80%=1.25 mol，生成HCl的物質(zhì)的量為3 mol。則在一輪次的生產(chǎn)中，需補(bǔ)充投入HCl和H₂的物質(zhì)的量之比(即體積比)為(4 mol-3 mol)∶(1.25 mol-1 mol)=4∶1。