Question

碳、硅同為周期表中ⅣA族的元素，是構(gòu)成自然界各種物質(zhì)的重要元素．
（一）由碳元素構(gòu)成的各種單質(zhì)和化合物都是科學(xué)家研究的重要對象．
（1）用特殊方法合成的儲氫納米碳管常伴有大量的碳納米顆粒（雜質(zhì)），這種顆�？捎萌缦路椒ㄌ峒�，請配平該反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

C+

 

KMnO₄+

 

H₂SO₄→

 

CO₂↑+

 

MnSO₄+

 

K₂SO₄+

 

H₂O
（2）汽車尾氣中的一氧化碳是大氣污染物，可通過反應(yīng)：CO（g）+

1

2

O₂（g）?CO₂（g）降低其濃度．
①某溫度下，在兩個容器中進(jìn)行上述反應(yīng)，容器中各物質(zhì)的起始濃度及正逆反應(yīng)速率關(guān)系如下表所示．請?zhí)顚懕碇械目崭瘢?br />

容器編號	c（CO）/mol?L-1	c（O2）mol?L-1	c（CO2）mol?L-1	v（正）和v（逆）比較
Ⅰ	2.0×10-4	4.0×10-4	4.0×10-2	v（正）=v（逆）
Ⅱ	3.0×10-4	4.0×10-4	5.0×10-2	v（正）   v（逆）

②相同溫度下，某汽車尾氣中CO、CO₂的濃度分別為1.0×10^-5mol/L和1.0×10^-4mol/L．若在汽車的排氣管上增加一個補(bǔ)燃器，不斷補(bǔ)充O₂并使其濃度保持為1.0×10^-4mol/L，則最終尾氣中CO的濃度為

 

mol/L（請保留兩位有效數(shù)字）．
（3）CO₂在自然界循環(huán)時可與CaCO₃反應(yīng)，CaCO₃是一種難溶物質(zhì)，其K_sp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為

 

．
（二）晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步驟如下：
①高溫下用過量的碳還原二氧化硅制得粗硅  
②粗硅與干燥的HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl₃
③SiHCl₃與過量的H₂在1000℃～1100℃反應(yīng)制得純硅，已知SiHCl₃能與水強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中易自燃．請回答：
（1）第一步制取粗硅的化學(xué)方程式

 

．
（2）粗硅與HCl反應(yīng)制備三氯氫硅的過程中發(fā)生反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
（i）Si（s）+3HCl（g）═SiHCl₃（g）+H₂（g）△H=-210kJ/mol
（ii）Si（s）+4HCl（g）═SiCl₄（g）+2H₂（g）（副反應(yīng)）△H=-241kJ/mol
①常溫下，SiHCl₃和SiCl₄均為液態(tài)化合物，二者互溶且均易水解，則分離二者的最佳方法是

 

．
②某反應(yīng)的能量變化如圖所示：則該反應(yīng)的能量變化E=

 

kJ．

③SiCl₄可轉(zhuǎn)化為SiHCl₃而循環(huán)使用，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：

 

．

Answer 1

考點：硅和二氧化硅,氧化還原反應(yīng)方程式的配平,反應(yīng)熱和焓變,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的計算

專題：氧化還原反應(yīng)專題,化學(xué)平衡專題,碳族元素

分析：（一）（1）根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)相等和原子守恒來配平化學(xué)方程式；
（2）①利用Ⅰ先計算化學(xué)平衡常數(shù)，再利用Ⅱ中的Q來判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，從而得出正逆反應(yīng)速率的關(guān)系；
②根據(jù)化學(xué)平衡的三段法來進(jìn)行計算；
（3）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=1×10^-4mol/L，根據(jù)K_sp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）計算沉淀時混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍；
（二）（1）高溫下用碳還原二氧化硅生成硅與一氧化碳；
（2）①HCl易溶于水，而SiHCl₃與H₂O強(qiáng)烈反應(yīng)，故提純SiHCl₃的方法只能在無水的條件下利用它們的沸點不同，采用分餾的方法進(jìn)行；
②根據(jù)（ii）運用蓋斯定律計算；
③根據(jù)蓋斯定律計算；

解答： 解：（一）（1）高錳酸鉀中錳元素化合價降低7-2=5價，碳元素化合價升高4-0=4價，化合價升高數(shù)=化合價降低數(shù)，所以高錳酸鉀前的系數(shù)是4，碳單質(zhì)前的系數(shù)是5，根據(jù)原子守恒，二氧化碳前是5，硫酸錳前是4，硫酸鉀前面是2，根據(jù)硫酸跟守恒，所以硫酸前面是6，據(jù)氧原子和氫原子守恒，產(chǎn)物少6個水分子，
故答案為：5；4；6；5；4；2；6；
（2）①由Ⅰ可求K=

4.0×10 -2mol/L

2.0×10-4mol/L× 4.0×10-4mol/L

=10⁴L

1

2

?mol

1

2

，
由Ⅱ可求Q=

5.0×10 -2mol/L

3.0×10-4mol/L× 4.0×10-4mol/L

=

5

6

×10⁴L

1

2

?mol

1

2

＜K，
故平衡右移，v（正）＞v（逆），
故答案為：＞；
 ②CO（g）+

1

2

O₂（g）?CO₂（g）．
起始   1.0×10^-5mol             0             1.0×10^-4mol
△n       nmol                

1

2

nmol             nmol
平衡1.0×10^-5mol-nmol       1.0×10^-4mol      1.0×10^-4mol+nmol     
則K=

1.0×10-4+n

1.0×10-4×(1.0×10-5- n)

=10⁴，
解得，n=8.91×10^-6mol/L，
故CO濃度為1.0×10^-5mol-8.91×10^-6mol=1.1×10^-6mol/L，
故答案為：1.1×10^-6．
（3）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=

1

2

×2×10^-4mol/L=1×10^-4mol/L，根據(jù)K_sp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，
c（Ca²⁺）=

2.8×10-9

1×10 -4

mol/L=2.8×10^-5mol/L，
原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，
故原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為2×2.8×10^-5mol/L=5.6×10^-5mol/L．
故答案為：5.6×10^-5mol/L．
（二）（1）高溫下用碳還原二氧化硅生成硅與一氧化碳，反應(yīng)方程式為SiO₂+2C

高溫  .

Si+2CO↑，
故答案為：SiO₂+2C

高溫  .

Si+2CO↑；
（2）①HCl易溶于水，而SiHCl₃與H₂O強(qiáng)烈反應(yīng)，故提純SiHCl₃的方法只能在無水的條件下利用它們的沸點不同，采用分餾的方法進(jìn)行，
故答案為：蒸餾；
②反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：Si（s）+4HCl（g）═SiCl₄（g）+2H₂（g）（副反應(yīng)）△H=-241kJ/mol，若反應(yīng)0.5mol硅和2molHCl，則放出120.5kJ熱量，
故答案為：120.5；
③將（i）-（ii）可得SiCl₄（g）+H₂（g）═SiHCl₃（g）+HCl（g）△H₁=+31kJ/mol，
故答案為：SiCl₄（g）+H₂（g）═SiHCl₃（g）+HCl（g）△H₁=+31kJ/mol；

點評：本題是一綜合題，考查熱化學(xué)方程式書寫、計算、以及化學(xué)平衡常數(shù)的計算等重點知識，關(guān)鍵問題在于知識的理解和運用．并注意化學(xué)反應(yīng)原理是高考中的重要考點，核心知識為熱化學(xué)方程式、化學(xué)平衡等問題，復(fù)習(xí)過程中要加強(qiáng)重視程度，以理解方法、原理為主．