Question

13．SiCl₄在室溫下為無(wú)色液體，易揮發(fā)，有強(qiáng)烈的刺激性．把SiCl₄先轉(zhuǎn)化為SiHCl₃，再經(jīng)氫氣還原生成高純硅．
（1）高溫條件下，SiHCl₃與氫氣反應(yīng)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(zhuǎn)化為SiHCl₃的反應(yīng)（ⅲ）：3SiCl_4（g）+2H_2（g）+Si_（S）═4SiHCl_3（g）△H=-117KJ．mol^-1．
（3）力研究反應(yīng)（iii）的最適宜反應(yīng)溫度，下圖為四氯化碳的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化曲線：由圖可知該反應(yīng)最適宜的溫度為500℃，四氯化碳的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大的原因?yàn)榉磻?yīng)未達(dá)到平衡，溫度升高反應(yīng)速率加快，SiCl₄轉(zhuǎn)化率增大．
（4）一定條件下，在2L恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)（ⅲ），6h后達(dá)到平衡，H₂與SiHCl₃的物質(zhì)的量濃度分別為1mol．L^-1和0.2mol．L^-1
①?gòu)姆磻?yīng)開始到平衡，v（SiCl₄）=0.025mol/（L•h）．
②該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)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睢啊痹龃蟆薄ⅰ皽p小”或“不變”）．
③原容器中，通入H₂的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）為49.28L．
④若平衡后再向容器中充人與起始時(shí)等量的SiCl₄和H₂（假設(shè)Si足量），當(dāng)反應(yīng)再次達(dá)到平衡時(shí)，與原平衡相比較，H₂的體積分?jǐn)?shù)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(dá)到平衡時(shí)，H₂的物質(zhì)的量濃度范圍為1mol/L＜C（H₂）＜2mol/L．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)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(yùn)用蓋斯定律，利用反應(yīng)ⅰ的逆反應(yīng)且系數(shù)乘3再加上反應(yīng)ⅱ的正反應(yīng)且系數(shù)要乘以4，即可計(jì)算出反應(yīng)的熱效應(yīng)為-117kJ．mol^-1．
（3）從圖4可以看出最適宜溫度應(yīng)該是500℃，剛開始SiCl₄轉(zhuǎn)化率隨溫度升高的原因是尚未達(dá)到平衡狀態(tài)，溫度高反應(yīng)速率快，故轉(zhuǎn)化率增大．
（4）①根據(jù)速率的計(jì)算公式，可先計(jì)算出SiHCl₃的速率，再結(jié)合化學(xué)計(jì)量數(shù)與速率之間的關(guān)系，SiCl₄的速度應(yīng)該是SiHCl₃的四分之三．
②同結(jié)合概念寫出平衡常數(shù)表達(dá)式，溫度升高平衡逆向移動(dòng)故K值減�。�
③平衡時(shí)SiHCl₃的物質(zhì)量為0.4mol，也即反應(yīng)中的變化量為0，4mol，所以H₂的變化量為0.2mol，再加上平衡時(shí)的2mol，起始時(shí)H₂的量應(yīng)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(shí)等量的SiCl₄和H₂（假設(shè)Si足量），等效為壓強(qiáng)增大一倍，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)．
⑤平衡后，將容器的體積壓縮為1L，壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，若平衡不移動(dòng)，此時(shí)氫氣濃度為極大值，平衡移動(dòng)不能消除氫氣濃度增大，到達(dá)新平衡時(shí)的濃度仍大于原平衡時(shí)的濃度．

解答 解：（1）高溫條件下，SiHCl₃與氫氣反應(yīng)生成Si與HCl，反應(yīng)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(zhuǎn)化為SiCl₃的反應(yīng)（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(zhuǎn)化率在500℃達(dá)最高，故最適宜的溫度為500℃；開始反應(yīng)未到達(dá)平衡，溫度升高反應(yīng)速率加快，四氯化碳的轉(zhuǎn)化率增大．
故答案為：500℃；反應(yīng)未達(dá)到平衡，溫度升高反應(yīng)速率加快，SiCl₄轉(zhuǎn)化率增大．
（4）①6h后達(dá)到平衡，SiHCl₃的物質(zhì)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(xué)計(jì)量數(shù)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(shù)表達(dá)式k=$\frac{{c}^{4}（SiHC{l}_{3}）}{{c}^{3}（SiC{l}_{4}）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小．
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(xué)計(jì)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(zhì)的量為2L×1.1mol•L^-1=2.2mol，標(biāo)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(shí)等量的SiCl₄和H₂（假設(shè)Si足量），等效為壓強(qiáng)增大一倍，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，有方程式可知1mol氫氣反應(yīng)時(shí)，混合氣體總物質(zhì)的量減小1mol，故到達(dá)新平衡時(shí)氫氣的體積分?jǐn)?shù)減�。�
故答案為：減�。�
⑤平衡后，將容器的體積壓縮為1L，壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，若平衡不移動(dòng)，此時(shí)氫氣濃度為極大值為2×1mol•L^-1=2mol•L^-1，平衡移動(dòng)不能消除氫氣濃度增大，到達(dá)新平衡時(shí)的濃度仍大于原平衡時(shí)的濃度1mol．L^-1，故再次達(dá)到平衡時(shí)，H₂的物質(zhì)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(diǎn)評(píng) 本題熱化學(xué)反應(yīng)及化學(xué)平衡 涉及蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡常數(shù)、平衡移動(dòng)的方向判斷及相關(guān)計(jì)算，另外還考查了勒夏特列原理的應(yīng)用．題目難度中等．