《2025年赢在微点化学》

5. 硅的工业制法
用焦炭和二氧化硅在电炉中反应得到粗硅，反应的化学方程式为____________________。

答案： $2C + SiO_{2}\stackrel{高温}{=\!=\!=}Si + 2CO\uparrow$

思维辨析
判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
1. 单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。（ ）
2. 高纯度的单晶硅用于制造光导纤维。（ ）
3. 硅主要以单质形式存在于自然界中。（ ）
4. 硅是一种良好的半导体材料。（ ）
5. 碳有多种同素异形体，氧不存在同素异形体。（ ）

答案： 1.√
2.× 提示:二氧化硅用于制造光导纤维。
3.× 提示:自然界中无单质硅。
4.√
5.× 提示:碳有多种同素异形体，氧也存在同素异形体，如$O_{2}$、$O_{3}$。

1. 碳及其化合物与科学、技术、社会、环境密切相关。下列有关说法中正确的是 （ ）
A. $^{12}C$、$^{13}C$、$^{14}C$、$C_{60}$、石墨烯、金刚石都是碳的同素异形体，用途广泛
B. 用二氧化碳合成可降解的聚碳酸酯塑料，可以实现“碳”的循环利用
C. 石墨烯和碳纤维都是新型有机高分子材料
D. 碳纳米管是一种有机合成纤维，其比表面积大，可用作新型储氢材料

答案： B 解析 $^{12}C$、$^{13}C$、$^{14}C$是碳元素的三种核素，它们之间互称为同位素，不是同素异形体，A项错误;用$CO_{2}$合成可降解的聚碳酸酯塑料，可以实现“碳”的循环利用，B项正确;石墨烯、碳纤维、碳纳米管都是碳的单质，是无机非金属材料，不是有机材料，C、D两项错误。

2. 下列关于硅的说法中，不正确的是 （ ）
A. 硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体
B. 硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料
C. 硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应
D. 加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应

答案： C 解析 晶体硅虽然外形像金属(有金属光泽)，但实际上属于非金属，A项正确;硅既有金属性，又有非金属性，其导电性也介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，B项正确;硅的化学性质不活泼(尤其是在常温下)，但常温下能与氟气、氢氟酸和$NaOH$溶液等发生反应，C项错误;加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等发生反应，D项正确。

3. 硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。
(1)硅在元素周期表中的位置是______________。
(2)工业上生产粗硅的反应有$SiO_{2} + 2C\stackrel{3273K}{=\!=\!=}Si(粗) + 2CO\uparrow$；$SiO_{2} + 3C\stackrel{3273K}{=\!=\!=}SiC + 2CO\uparrow$。
若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1∶1，则参加反应的C和$SiO_{2}$的物质的量之比约为________。
(3)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅:

①若反应Ⅰ为$Si(粗) + 3HCl\stackrel{\triangle}{=\!=\!=}SiHCl_{3} + H_{2}$，则反应Ⅱ的化学方程式为______________。
②整个制备过程中必须严格控制无水无氧。$SiHCl_{3}$遇水剧烈反应生成$H_{2}SiO_{3}$、HCl和另一种物质，写出该反应的化学方程式:________。
③假设每一轮次制备1 mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应Ⅰ中HCl的利用率为90％，反应Ⅱ中$H_{2}$的利用率为93.75％，则在第二轮次的生产中，补充投入HCl和$H_{2}$的物质的量之比是________。

答案： 答案
(1)第三周期第ⅣA族
(2)5 : 2
(3)①$SiHCl_{3} + H_{2}\stackrel{1373～1453K}{=\!=\!=}Si(纯) + 3HCl$
②$SiHCl_{3} + 3H_{2}O = H_{2}SiO_{3}\downarrow + 3HCl + H_{2}\uparrow$ ③5 : 1
解析
(2)根据反应$SiO_{2} + 2C\stackrel{3273K}{=\!=\!=}Si(粗) + 2CO\uparrow$、$SiO_{2} + 3C\stackrel{3273K}{=\!=\!=}SiC + 2CO\uparrow$，生成1 mol Si需2 mol C、1 mol $SiO_{2}$，生成1 mol SiC需3 mol C、1 mol $SiO_{2}$，产品中Si与SiC的物质的量之比为1 : 1，则参加反应的C和$SiO_{2}$的物质的量之比为5 : 2。
(3)①反应Ⅱ的化学方程式为$SiHCl_{3} + H_{2}\stackrel{1373～1453K}{=\!=\!=}Si(纯) + 3HCl$。②化学方程式为$SiHCl_{3} + 3H_{2}O = H_{2}SiO_{3}\downarrow + 3HCl + H_{2}\uparrow$。③反应生成1 mol纯硅需补充HCl为$\frac{3}{93.75\%}-3$，需补充$H_{2}$为$\frac{1}{93.75\%}-1$，补充HCl与$H_{2}$的物质的量之比约为5 : 1。