Question

19．SiCl₄在室溫下為無色液體，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）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）：3SiCl₄（g）+2H₂（g）+Si（s）?4SiHCl₃（g）△H=-117kJ．mol^-1
（3）為研究反應(yīng)（iii）的最適宜反應(yīng)溫度，右圖為四氯化碳的轉(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)殚_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
（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)量濃度分別為1mol．L^-1和0.2mol．L^-1
①從反應(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�、“減小”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)將減小（填“增大”、“減小”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^-1＜c（H₂）＜2mol．L^-1．

Answer 1

分析 （1）高溫條件下，SiHCl₃與氫氣反應(yīng)生成Si與HCl；
（2）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以合適的系數(shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
（3）由圖可知，四氯化碳的轉(zhuǎn)化率在500℃達(dá)最高；開始反應(yīng)未到達(dá)平衡，溫度升高反應(yīng)速率加快，轉(zhuǎn)化率增大；
（4）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（SiHCl₃），再利用速率之比等于其化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（SiCl₄）；
②化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值，固體、純液體不需要寫出；
升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，據(jù)此判斷平衡常數(shù)變化；
③利用濃度變化量之比等于其化學(xué)計(jì)算之比計(jì)算H₂的濃度變化量，進(jìn)而計(jì)算氫氣的起始濃度，再根據(jù)n=cV計(jì)算氫氣的物質(zhì)的量，根據(jù)V=nV_m計(jì)算標(biāo)況下氫氣的體積；
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℃；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；
（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：$\frac{{c}^{4}（SiHC{l}_{3}）}{{c}^{3}（SiC{l}_{4}）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；減小；
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)減小，
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^-1＜c（H₂）＜2mol．L^-1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查方程式書寫、反應(yīng)熱計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算、平衡常數(shù)及影響因素、化學(xué)平衡計(jì)算及移動(dòng)等，（4）中⑤注意利用極限法與平衡移動(dòng)原理方向解答，題目難度中等．