Question

19．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）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）：3SiCl₄（g）+2H₂（g）+Si（s）?4SiHCl₃（g）△H=-117kJ．mol^-1
（3）為研究反應（iii）的最適宜反應溫度，右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
（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值減小（填“”增大”、“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，再次達到平衡時，H₂的物質的量濃度范圍為1mol．L^-1＜c（H₂）＜2mol．L^-1．

Answer 1

分析 （1）高溫條件下，SiHCl₃與氫氣反應生成Si與HCl；
（2）根據蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以合適的系數進行加減構造目標熱化學方程式，反應熱也進行相應的計算；
（3）由圖可知，四氯化碳的轉化率在500℃達最高；開始反應未到達平衡，溫度升高反應速率加快，轉化率增大；
（4）①根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（SiHCl₃），再利用速率之比等于其化學計量數之比計算v（SiCl₄）；
②化學平衡常數，是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值，固體、純液體不需要寫出；
升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，據此判斷平衡常數變化；
③利用濃度變化量之比等于其化學計算之比計算H₂的濃度變化量，進而計算氫氣的起始濃度，再根據n=cV計算氫氣的物質的量，根據V=nV_m計算標況下氫氣的體積；
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℃；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；
（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：減小；
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^-1＜c（H₂）＜2mol．L^-1．

點評 本題考查方程式書寫、反應熱計算、化學反應速率計算、平衡常數及影響因素、化學平衡計算及移動等，（4）中⑤注意利用極限法與平衡移動原理方向解答，題目難度中等．