Question

19．SiCl₄在室温下为无色液体，易挥发，有强烈的刺激性．把SiCl₄先转化为SiHCl₃，再经氢气还原生成高纯硅．
（1）高温条件下，SiHCl₃与氢气反应的方程式为：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$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
则SiCl₄转化为SiCl₃的反应（iii）：3SiCl₄（g）+2H₂（g）+Si（s）?4SiHCl₃（g）△H=-117kJ．mol^-1
（3）为研究反应（iii）的最适宜反应温度，右图为四氯化碳的转化率随温度的变化曲线：由图可知该反应最
适宜的温度为500℃，四氯化碳的转化率随温度升高而增大的原因为开始反应未到达平衡，温度升高反应速率加快，四氯化碳的转化率增大
（4）一定条件下，在2L恒容密闭容器中发生反应（iii），6h后达到平衡，H₂与SiHCl₃的物质量浓度分别为1mol．L^-1和0.2mol．L^-1
①从反应开始到平衡，v（SiCl₄）=0.025mol/（L．h）
②该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{{c}^{4}（SiHC{l}_{3}）}{{c}^{3}（SiC{l}_{4}）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，温度升高，K值减小（填“”增大”、“减小”或“不变”）．
③原容器中，通入H₂的体积（标准状况下）为49.28L．
④若平衡后再向容器中充人与起始时等量的SiCl₄和H₂（假设Si足量），当反应再次达到平衡时，与原平衡相比较，H₂的体积分数将减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
⑤平衡后，将容器的体积压缩为1L，再次达到平衡时，H₂的物质的量浓度范围为1mol．L^-1＜c（H₂）＜2mol．L^-1．

Answer 1

分析 （1）高温条件下，SiHCl₃与氢气反应生成Si与HCl；
（2）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以合适的系数进行加减构造目标热化学方程式，反应热也进行相应的计算；
（3）由图可知，四氯化碳的转化率在500℃达最高；开始反应未到达平衡，温度升高反应速率加快，转化率增大；
（4）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（SiHCl₃），再利用速率之比等于其化学计量数之比计算v（SiCl₄）；
②化学平衡常数，是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，固体、纯液体不需要写出；
升高温度，平衡向吸热反应方向移动，据此判断平衡常数变化；
③利用浓度变化量之比等于其化学计算之比计算H₂的浓度变化量，进而计算氢气的起始浓度，再根据n=cV计算氢气的物质的量，根据V=nV_m计算标况下氢气的体积；
④若平衡后再向容器中充人与起始时等量的SiCl₄和H₂（假设Si足量），等效为压强增大一倍，平衡向正反应方向移动；
⑤平衡后，将容器的体积压缩为1L，压强增大，平衡向正反应方向移动，若平衡不移动，此时氢气浓度为极大值，平衡移动不能消除氢气浓度增大，到达新平衡时的浓度仍大于原平衡时的浓度．

解答 解：（1）高温条件下，SiHCl₃与氢气反应生成Si与HCl，反应方程式为：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+3HCl，
故答案为：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$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
则SiCl₄转化为SiCl₃的反应（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，
故答案为：-117kJ．mol^-1；
（3）由图可知，四氯化碳的转化率在500℃达最高，故最适宜的温度为500℃；开始反应未到达平衡，温度升高反应速率加快，四氯化碳的转化率增大，
故答案为：500℃；开始反应未到达平衡，温度升高反应速率加快，四氯化碳的转化率增大；
（4）①6h后达到平衡，SiHCl₃的物质量浓度为0.2mol．L^-1，则v（SiHCl₃）=$\frac{0.2mol/L}{6h}$=$\frac{1}{30}$mol/（L．h），速率之比等于其化学计量数之比，则v（SiCl₄）=$\frac{3}{4}$v（SiHCl₃）=$\frac{3}{4}$×$\frac{1}{30}$mol/（L．h）=0.025mol/（L．h），
故答案为：0.025mol/（L．h）；
②3SiCl₄（g）+2H₂（g）+Si（s）?4SiHCl₃（g）的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{4}（SiHC{l}_{3}）}{{c}^{3}（SiC{l}_{4}）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，该反应正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，
故答案为：$\frac{{c}^{4}（SiHC{l}_{3}）}{{c}^{3}（SiC{l}_{4}）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；减小；
③浓度变化量之比等于其化学计算之比，则H₂的浓度变化量为0.2mol．L^-1×$\frac{1}{2}$=0.1mol．L^-1，故氢气的起始浓度为1mol．L^-1+0.1mol．L^-1=1.1mol．L^-1，则通入氢气的物质的量为2L×1.1mol．L^-1=2.2mol，标况下氢气的体积为2.2mol×22.4L/mol=49.28L，
故答案为：49.28L；
④若平衡后再向容器中充人与起始时等量的SiCl₄和H₂（假设Si足量），等效为压强增大一倍，平衡向正反应方向移动，有方程式可知1mol氢气反应时，混合气体总物质的量减小1mol，故到达新平衡时氢气的体积分数减小，
故答案为：减小；
⑤平衡后，将容器的体积压缩为1L，压强增大，平衡向正反应方向移动，若平衡不移动，此时氢气浓度为极大值为2×1mol．L^-1=2mol．L^-1，平衡移动不能消除氢气浓度增大，到达新平衡时的浓度仍大于原平衡时的浓度1mol．L^-1，故再次达到平衡时，H₂的物质的量浓度范围为：1mol．L^-1＜c（H₂）＜2mol．L^-1，
故答案为：1mol．L^-1＜c（H₂）＜2mol．L^-1．

点评 本题考查方程式书写、反应热计算、化学反应速率计算、平衡常数及影响因素、化学平衡计算及移动等，（4）中⑤注意利用极限法与平衡移动原理方向解答，题目难度中等．