Question

工业生产粗硅的主要原理为：SiO 2 +2C 3273K Si(粗)+2CO↑。（1）若在制粗硅的过程中同时生成了碳化

工业生产粗硅的主要原理为：SiO 2 +2C 3273K Si(粗)+2CO↑。（1）若在制粗硅的过程中同时生成了碳化硅，且生成的硅和碳化硅的物质的量之比为5∶1，则参加反应的C和SiO 2 的质量比为 ? 。（2）工业上可通过如下流程由粗硅制取纯硅： +氢气
+氯气 提纯
Si(粗) SiCl 4 (l) Si(纯)若上述反应中Si(粗)和SiCl 4 的利用率均为80%，制粗硅时有10%的SiO 2 转化为SiC，则生产100.8t纯硅需纯度为75%的石英砂多少吨？（3）工业上还可以通过下图所示的流程来制取纯硅： 反应①： Si(粗)+3HCl(g) 553~573K SiHCl 3 (l)+H 2 (g)反应②： SiHCl 3 +H 2 1373K Si(纯)+3HCl假设在每一轮次的投料生产中，硅元素没有损失，反应①中HCl的利用率为75%，反应②中H 2 的利用率为80%，则在下轮次的生产中，需补充投入HCl和H 2 的体积比为多少？

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Answer 1

（1）① SiO 2 +2C   3273K  Si(粗)+2CO↑  ② Si+ C="SiC" 若①×6+ ②得 6SiO 2 +13C   3273K  5Si(粗)+SiC+ 12CO↑ ，此时两者质量比为（12×13）：（60×6）=13：30 （2）设需纯度为75%的石英砂 x 。 根据题意有下列关系式： SiO 2      ~      Si    ~    SiCl 4     ~    Si(纯) 60                                       28 x ×75%×(1-10%)×80%×80%                    100.8t （2分） 解得： x ="500t " （2分） （3）设每轮生产投入的粗硅中含1molSi 则由反应①可知： 消耗HCl的物质的量为3 mol /75%=4mol，生成H 2 的物质的量为1mol（1分） 由反应②可知： 消耗H 2 的物质的量为1mol/80%=1.25mol，生成HCl的物质的量为3mol （1分） 则在一轮次的生产中，需补充投入HCl和H 2 的物质的量之比（即体积比）为： (4mol-3mol)∶(1.25mol-1mol)=4∶1（1分）

（1）① SiO 2 +2C   3273K  Si(粗)+2CO↑  ② Si+ C="SiC" 若①×6+ ②得 6SiO 2 +13C   3273K  5Si(粗)+SiC+ 12CO↑ ，此时两者质量比为（12×13）：（60×6）=13：30 （2）设需纯度为75%的石英砂 x 。 根据题意有下列关系式： SiO 2      ~      Si    ~    SiCl 4     ~    Si(纯) 60                                       28 x ×75%×(1-10%)×80%×80%                    100.8t （2分） 解得： x ="500t " （2分） （3）设每轮生产投入的粗硅中含1molSi 则由反应①可知： 消耗HCl的物质的量为3 mol /75%=4mol，生成H 2 的物质的量为1mol（1分） 由反应②可知： 消耗H 2 的物质的量为1mol/80%=1.25mol，生成HCl的物质的量为3mol （1分） 则在一轮次的生产中，需补充投入HCl和H 2 的物质的量之比（即体积比）为： (4mol-3mol)∶(1.25mol-1mol)=4∶1（1分）