Question

13．SiCl₄在室溫下為無色液體，易揮發(fā)，有強烈的刺激性．把SiCl₄先轉化為SiHCl₃，再經氫氣還原生成高純硅．
（1）高溫條件下，SiHCl₃與氫氣反應的方程式為：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+3HCl．
（2）已知：
（�。㏒i_（S）+4HCl_（g）=SiCl_4（g）+2H_2（g）△H=-241KJ．mol^-1
（ⅱ）Si_（S）+3HCl_（g）=SiHCl_3（g）+H_2（g）△H=-210KJ．mol^-1
則SiCl₄轉化為SiHCl₃的反應（ⅲ）：3SiCl_4（g）+2H_2（g）+Si_（S）═4SiHCl_3（g）△H=-117KJ．mol^-1．
（3）力研究反應（iii）的最適宜反應溫度，下圖為四氯化碳的轉化率隨溫度的變化曲線：由圖可知該反應最適宜的溫度為500℃，四氯化碳的轉化率隨溫度升高而增大的原因為反應未達到平衡，溫度升高反應速率加快，SiCl₄轉化率增大．
（4）一定條件下，在2L恒容密閉容器中發(fā)生反應（ⅲ），6h后達到平衡，H₂與SiHCl₃的物質的量濃度分別為1mol．L^-1和0.2mol．L^-1
①從反應開始到平衡，v（SiCl₄）=0.025mol/（L•h）．
②該反應的平衡常數表達式為K=$\frac{{c}^{4}（SiHC{l}_{3}）}{{c}^{3}（SiC{l}_{4}）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$，溫度升高，K值減�。ㄌ睢啊痹龃蟆�、“減小”或“不變”）．
③原容器中，通入H₂的體積（標準狀況下）為49.28L．
④若平衡后再向容器中充人與起始時等量的SiCl₄和H₂（假設Si足量），當反應再次達到平衡時，與原平衡相比較，H₂的體積分數將減�。ㄌ睢霸龃蟆薄ⅰ皽p小”或“不變”）．
⑤平衡后，將容器的體積壓縮為1L，再次達到平衡時，H₂的物質的量濃度范圍為1mol/L＜C（H₂）＜2mol/L．

Answer 1

分析 （1）反應物為SiHCl₃和H₂，生成物Si和HCl，可很容易得到正確的方程式．
（2）運用蓋斯定律，利用反應ⅰ的逆反應且系數乘3再加上反應ⅱ的正反應且系數要乘以4，即可計算出反應的熱效應為-117kJ．mol^-1．
（3）從圖4可以看出最適宜溫度應該是500℃，剛開始SiCl₄轉化率隨溫度升高的原因是尚未達到平衡狀態(tài)，溫度高反應速率快，故轉化率增大．
（4）①根據速率的計算公式，可先計算出SiHCl₃的速率，再結合化學計量數與速率之間的關系，SiCl₄的速度應該是SiHCl₃的四分之三．
②同結合概念寫出平衡常數表達式，溫度升高平衡逆向移動故K值減小．
③平衡時SiHCl₃的物質量為0.4mol，也即反應中的變化量為0，4mol，所以H₂的變化量為0.2mol，再加上平衡時的2mol，起始時H₂的量應該為2.2mol，所以體積為49.28L．
④若平衡后再向容器中充人與起始時等量的SiCl₄和H₂（假設Si足量），等效為壓強增大一倍，平衡向正反應方向移動．
⑤平衡后，將容器的體積壓縮為1L，壓強增大，平衡向正反應方向移動，若平衡不移動，此時氫氣濃度為極大值，平衡移動不能消除氫氣濃度增大，到達新平衡時的濃度仍大于原平衡時的濃度．

解答 解：（1）高溫條件下，SiHCl₃與氫氣反應生成Si與HCl，反應方程式為：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+3HCl．
故答案為：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+3HCl；
（2）已知：（i）Si（s）+4HCl（g）=SiCl₄（g）+2H₂（g）△H=-241kJ．mol^-1
（ii）Si（s）+3HCl（g）=SiHCl₃（g）+H₂（g）△H=-210kJ．mol^-1
則SiCl₄轉化為SiCl₃的反應（iii）：
（ii）×4-（i）×3可得：3SiCl₄（g）+2H₂（g）+Si（s）?4SiHCl₃（g），故△H=4×（-210kJ．mol^-1
）-3×（-241kJ．mol^-1）=-117kJ．mol^-1．
故答案為：-117KJ．mol^-1．
（3）由圖可知，四氯化碳的轉化率在500℃達最高，故最適宜的溫度為500℃；開始反應未到達平衡，溫度升高反應速率加快，四氯化碳的轉化率增大．
故答案為：500℃；反應未達到平衡，溫度升高反應速率加快，SiCl₄轉化率增大．
（4）①6h后達到平衡，SiHCl₃的物質量濃度為0.2mol•L^-1，則v（SiHCl₃）=$\frac{0.2mol/L}{6h}$=$\frac{1}{30}$mol/（L•h），速率之比等于其化學計量數之比，則v（SiCl₄）=$\frac{3}{4}$v（SiHCl₃）=$\frac{3}{4}$×$\frac{1}{30}$mol/（L•h）=0.025mol/（L•h）；
故答案為：0.025mol/（L•h）．
  ②3SiCl₄（g）+2H₂（g）+Si（s）?4SiHCl₃（g）的平衡常數表達式k=$\frac{{c}^{4}（SiHC{l}_{3}）}{{c}^{3}（SiC{l}_{4}）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$，該反應正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡常數減�。�
故答案為：$\frac{{c}^{4}（SiHC{l}_{3}）}{{c}^{3}（SiC{l}_{4}）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$；減�。�
③濃度變化量之比等于其化學計算之比，則H₂的濃度變化量為0.2mol•L^-1×$\frac{1}{2}$=0.1mol•L^-1，故氫氣的起始濃度為1mol•L^-1+0.1mol•L^-1=1.1mol•L^-1，則通入氫氣的物質的量為2L×1.1mol•L^-1=2.2mol，標況下氫氣的體積為2.2mol×22.4L/mol=49.28L．
故答案為：49.28L．
④若平衡后再向容器中充人與起始時等量的SiCl₄和H₂（假設Si足量），等效為壓強增大一倍，平衡向正反應方向移動，有方程式可知1mol氫氣反應時，混合氣體總物質的量減小1mol，故到達新平衡時氫氣的體積分數減小．
故答案為：減�。�
⑤平衡后，將容器的體積壓縮為1L，壓強增大，平衡向正反應方向移動，若平衡不移動，此時氫氣濃度為極大值為2×1mol•L^-1=2mol•L^-1，平衡移動不能消除氫氣濃度增大，到達新平衡時的濃度仍大于原平衡時的濃度1mol．L^-1，故再次達到平衡時，H₂的物質的量濃度范圍為：1mol•L^-1＜c（H₂）＜2mol•L^-1．
故答案為：1mol/L＜C（H₂）＜2mol/L．

點評 本題熱化學反應及化學平衡 涉及蓋斯定律的應用、化學平衡常數、平衡移動的方向判斷及相關計算，另外還考查了勒夏特列原理的應用．題目難度中等．