Question

4．三氯氫硅（SiHCl₃）是生產(chǎn)多晶硅的主要原料．由粗硅制三氯氫硅的反應(yīng)如下：

	反應(yīng)的熱化學(xué)方程式	平衡常數(shù)（300℃）
主反應(yīng)	Si（s）+3HCl（g）?SiHCl3（g）+H2（g）△H=-210kJ•mol-1	K1（mol•L-1）-1
副反應(yīng)	Si（s）+4HCl（g）?SiHCl4（g）+2H2（g）△H=-240kJ•mol-1	K2（mol•L-1）-1

回答下列問(wèn)題：
（1）寫(xiě)出SiHCl₃的結(jié)構(gòu)式．
（z） SiHCl₃，在NaOH溶液中劇烈反應(yīng)放出H₂，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiHCl₃+5NaOH=3NaCl+Na₂SiO₃+H₂↑+2H₂O．
（3）硅的平衡轉(zhuǎn)化率與投料比$\frac{n（HCl）}{n（Si）}$的關(guān)系如圖，則圖中溫度T₁、T₂、T₃的大小順序?yàn)門(mén)₁＞T₂＞T₃．
（4）平衡時(shí)，$\frac{c（SiHC{l}_{3}）}{c（SiC{l}_{4}）}$的值a隨著$\frac{c（{H}_{2}）}{c（HCl）}$的值b的變化而變化．則$\frac{a}$=K₁/K₂（用含K_l、K₂的代數(shù)式表示）；根據(jù)關(guān)系式，工業(yè)上用H₂適當(dāng)稀釋HCl來(lái)提高SiHCl₃的純度． 請(qǐng)用平衡移動(dòng)原理加以解釋通入H₂后兩個(gè)平衡均逆向移動(dòng)，但對(duì)副反應(yīng)影響更大，所得產(chǎn)物中副產(chǎn)物
的含量減小，所以SiHCl₃的純度提高．
（5）也可用H₂還原SiCl₄來(lái)制取SiHCl₃．300℃時(shí)該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為H₂（g）+SiCl₄（g）=SiHCl₃（g）+HCl（g）△H=+30kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）碳元素與硅元素在同一主族，根據(jù)三氯甲烷的結(jié)構(gòu)式書(shū)寫(xiě)三氯硅烷結(jié)構(gòu)式；
（2）SiHCl₃，中H為+1價(jià)，Cl為-1價(jià)，故硅為+2價(jià)，根據(jù)氧化還原化合價(jià)升價(jià)守恒、質(zhì)量守恒書(shū)寫(xiě)反應(yīng)為：SiHCl₃+5NaOH=3NaCl+Na₂SiO₃+H₂↑+2H₂O；
（3）主反應(yīng)和副反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，硅的轉(zhuǎn)化率降低，故T₁＞T₂＞T₃；
（4）根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算，根據(jù)影響平衡移動(dòng)的因素分析解釋?zhuān)?br />（5）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算分析300℃時(shí)該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式．

解答 解：（1）碳元素與硅元素在同一主族，根據(jù)三氯甲烷的結(jié)構(gòu)式書(shū)寫(xiě)三氯硅烷結(jié)構(gòu)式為，故答案為：；
（2）SiHCl₃，中H為+1價(jià)，Cl為-1價(jià)，故硅為+2價(jià)，根據(jù)氧化還原化合價(jià)升價(jià)守恒、質(zhì)量守恒書(shū)寫(xiě)反應(yīng)為：SiHCl₃+5NaOH=3NaCl+Na₂SiO₃+H₂↑+2H₂O，
故答案為：SiHCl₃+5NaOH=3NaCl+Na₂SiO₃+H₂↑+2H₂O；
（3）主反應(yīng)和副反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，硅的轉(zhuǎn)化率降低，故答案為：T₁＞T₂＞T₃；
（4）根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算，$\frac{a}$=主反應(yīng)-副反應(yīng)=K1/K2；根據(jù)影響平衡移動(dòng)的因素分析，通入H₂后兩個(gè)平衡均逆向移動(dòng)，由于副反應(yīng)在氫氣的比例較主反應(yīng)大，對(duì)副反應(yīng)影響比主反應(yīng)更大，副反應(yīng)中消耗SiHCl₄多，所得產(chǎn)物中副產(chǎn)物的含量減小，所以SiHCl₃的純度提高，
故答案為：K₁/K₂；通入H₂后兩個(gè)平衡均逆向移動(dòng)，但對(duì)副反應(yīng)影響更大，所得產(chǎn)物中副產(chǎn)物的含量減小，所以SiHCl₃的純度提高；
（5）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算分析300℃時(shí)的反應(yīng)，該式子為①Si（s）+3HCl（g）?SiHCl₃（g）+H₂（g）△H1=-210kJ•mol^-1②Si（s）+4HCl（g）?SiHCl₄（g）+2H₂（g） ③△H2=-240kJ•mol^-1；H₂（g）+SiCl₄（g）=SiHCl₃（g）+HCl（g）△H  ③為①-②，故△H=△H1-△H2=+30 kJ•mol^-1，
故答案為：H₂（g）+SiCl₄（g）=SiHCl₃（g）+HCl（g）△H=+30 kJ•mol^-1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和制備題，還考查了化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)．本題利用文字描述設(shè)計(jì)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)步驟，分步驟進(jìn)行鑒別，解決本考點(diǎn)需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，綜合分析，從而得出正確的結(jié)論，要注意知識(shí)的整體性，題目難度中等．