Question

9．我國目前制備多晶硅主要采用三氯氫硅氫還原法、硅烷熱解法和四氯化硅氫還原法．由于三氯氫硅還原法具有一定優點，被廣泛應用．其簡化的工藝流程如圖所示：

（1）制備三氯氫硅的反應為：Si（s）+3HCl（g）=SiHCl₃（g）+H₂（g）△H=-210kJ•mol^-1．伴隨的副反應有：Si（s）+4HCl（g）=SiCl₄（g）+2H₂（g）△H=-241kJ•mol^-1．
SiCl₄在一定條件下與H₂反應可轉化為SiHCl₃，反應的熱化學方程式為：
SiCl₄（g）+H₂（g）=SiHCl₃（g）+HCl（g）△H=+31kJ•mol^-1．
（2）由純SiHCl₃制備高純硅的化學反應方程式為SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1050℃～1100℃\;}}{\;}$Si+3HCl．該生產工藝中可以循環使用的物質是HCl、H₂、SiHCl₃等（至少寫出兩種）．
（3）由于SiH₄具有易提純的特點，因此硅烷熱分解法是制備高純硅很有發展潛力的方法．工業上廣泛采用的合成硅烷方法是讓硅化鎂和固體氯化銨在液氨介質中反應得到硅烷，化學方程式是Mg₂Si+4NH₄Cl═SiH₄↑+2MgCl₂+4NH₃↑；整個制備過程必須嚴格控制無水，否則反應將不能生成硅烷，而是生成硅酸和氫氣等，其化學方程式為Mg₂Si+4NH₄Cl+3H₂O═2MgCl₂+H₂SiO₃+4NH₃↑+4H₂↑；整個系統還必須與氧隔絕，其原因是由于硅烷在空氣中易燃，濃度高時容易發生爆炸．

Answer 1

分析 石英砂和焦炭高溫加熱反應生成粗硅和一氧化碳，粗硅在流化床反應器中和HCl反應生成SiHCl₃和氫氣，氫氣在后面可以循環利用，在還原爐中被氫氣還原生成高純硅，同時生成HCl可循環利用，
（1）根據蓋斯定律可以計算化學反應的焓變；
（2）利用氫氣和純SiHCl₃反應制備高純硅，過程中反應后最后又生成的物質可以循環使用；
（3）根據題目信息和已知條件來書寫方程式．

解答 解：（1）根據蓋斯定律，反應SiCl₄（g）+H₂（g）═SiHCl₃（g）+HCl（g）可以看成是Si（s）+3HCl（g）═SiHCl₃（g）+H₂（g）和反應Si（s）+4HCl（g）═SiCl₄（g）+2H₂（g）的差，所以△H═-210kJ•mol^-1-（-241kJ•mol^-1）=+31 kJ•mol^-1，
故答案為：+31 kJ•mol^-1；
（2）利用氫氣和純SiHCl₃反應制備高純硅，反應的化學方程式為：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1050℃～1100℃\;}}{\;}$Si+3HCl；依據流程關系和反應產物分析，該生產工藝中可以循環使用的物質是 HCl、H₂、SiHCl₃等；
故答案為：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1050℃～1100℃\;}}{\;}$Si+3HCl；  HCl、H₂、SiHCl₃等；
（3）硅化鎂和固體氯化銨在液氨介質中反應得到硅烷，根據原子守恒，則Mg₂Si+4NH₄Cl═SiH₄↑+2MgCl₂+4NH₃↑，整個系統還必須與氧隔絕，否則容易發生爆炸，硅化鎂和固體氯化銨在水中反應得到硅酸和氫氣等，根據原子守恒，則Mg₂Si+4NH₄Cl+3H₂O═2MgCl₂+H₂SiO₃+4NH₃↑+4H₂↑，
故答案為：Mg₂Si+4NH₄Cl═SiH₄↑+2MgCl₂+4NH₃↑；Mg₂Si+4NH₄Cl+3H₂O═2MgCl₂+H₂SiO₃+4NH₃↑+4H₂↑；由于硅烷在空氣中易燃，濃度高時容易發生爆炸．

點評 本題是一道有關硅和二氧化硅性質的綜合題，難度較大，考查學生分析和解決問題的能力．