Question

【題目】甲硅烷廣泛用于電子工業(yè)、汽車領(lǐng)域，三氯氫硅（SiHCl3）是制備甲硅烷的重要原料。回答下列問題：

(1)工業(yè)上以硅粉和氯化氫氣體為原料生產(chǎn)SiHCl3時伴隨發(fā)生的反應(yīng)有：

Si(s)＋4HCl(g)=SiCl4(g)＋2H2(g) H＝-241kJ/mol

SiHCl3(g)＋HCl(g)=SiCl4(g)＋H2(g) H＝-31kJ/mol

以硅粉和氯化氫氣體生產(chǎn)SiHCl3的熱化學(xué)方程式是 ___。

(2)鋁鋰形成化合物LiAlH4既是金屬儲氫材料又是有機(jī)合成中的常用試劑，遇水能得到無色溶液并劇烈分解釋放出H2，請寫出其水解反應(yīng)化學(xué)方程式____。LiAlH4在化學(xué)反應(yīng)中通常作_______(填“氧化”或“還原”)劑。工業(yè)上可用四氯化硅和氫化鋁鋰（LiAlH4）制甲硅烷，反應(yīng)后得甲硅烷及兩種鹽。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為 _________

(3)三氯氫硅歧化也可制得甲硅烷。反應(yīng)2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)為歧化制甲硅烷過程的關(guān)鍵步驟，此反應(yīng)采用一定量的PA100催化劑，在不同反應(yīng)溫度下測得SiHCl3的轉(zhuǎn)化率隨時間的變化關(guān)系如圖所示。

①353.15K時，平衡轉(zhuǎn)化率為____，該反應(yīng)是____反應(yīng)（填“放熱”“吸熱”）。

②323.15K時，要縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時間，可采取的最佳措施是____。

(4)比較a、b處反應(yīng)速率的大小：Va ___Vb （填“＞”“＜”或“＝”）。已知反應(yīng)速率V正=K1x2SiHCl3，V逆=K2xSiH2Cl2xSiCl4，K1，K2分別是正、逆反應(yīng)的速率常數(shù)，與反應(yīng)溫度有關(guān)，x為物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，則在353.15K時K1/K2 ＝____（保留3位小數(shù)）。

(5)硅元素最高價氧化物對應(yīng)的水化物是H2SiO3，室溫下，0.1mol/L的硅酸鈉溶液和0.1mol/L的碳酸鈉溶液，堿性更強(qiáng)的是 ___，其原因是____。已知：H2SiO3 :Ka1=2.0×10-10、Ka2=2.0×10-12、H2CO3 ：Ka1=4.3×10-7，Ka2=5.6×10-11

Answer 1

【答案】Si(s)＋3HCl(g)= SiHCl3(g)＋H2(g) H＝-210kJ/mol LiAlH4+2H2O=4H2↑+LiAlO2 還原 LiAlH4+ SiCl4= SiH4+ LiCl+AlCl3 24% 吸熱 改進(jìn)催化劑 > 0.025 硅酸鈉 硅酸的Ka2小于碳酸的Ka2，硅酸鈉更易水解

【解析】

根據(jù)蓋斯定律書寫熱化學(xué)方程式；水解方程式是LiAlH4與水反應(yīng)生成氫氣和偏鋁酸鋰，LiAlH4與四氯化硅反應(yīng)生成兩種鹽，根據(jù)金屬元素可推出為LiCl、AlCl3；由圖可知353.15K時，平衡轉(zhuǎn)化率最大為24%，同時可得溫度升高，平衡轉(zhuǎn)化率增大，說明平衡正向移動；a、b兩處轉(zhuǎn)化率相同，時間不同，根據(jù)時間長短可判斷速率快慢；根據(jù)平衡時正逆反應(yīng)速率相等，可求出K值與K1、K2的關(guān)系，進(jìn)而計算出K1與K2的比值；根據(jù)越弱越水解原則判斷溶液的堿性強(qiáng)弱；據(jù)此分析。

(1)Si(s)＋4HCl(g)=SiCl4(g)＋2H2(g) H＝-241kJ/mol ①；SiHCl3(g)＋HCl(g)=SiCl4(g)＋H2(g) H＝-31kJ/mol ②；根據(jù)蓋斯定律，①-②得硅粉和氯化氫氣體生產(chǎn)SiHCl3的熱化學(xué)方程式：Si(s)＋3HCl(g)= SiHCl3(g)＋H2(g) H＝-210kJ/mol；答案為：Si(s)＋3HCl(g)= SiHCl3(g)＋H2(g) H＝-210kJ/mol；

(2) LiAlH4遇水能得到無色溶液并劇烈分解釋放出H2，則水解反應(yīng)化學(xué)方程式為：LiAlH4+2H2O=4H2↑+LiAlO2；LiAlH4中H是-1價，在化學(xué)反應(yīng)中常作還原劑；四氯化硅和LiAlH4反應(yīng)后得甲硅烷及兩種鹽，LiAlH4中有2種金屬元素，所以生成的2種鹽為氯化鋁和氯化鋰，化學(xué)方程式為：LiAlH4+ SiCl4= SiH4+ LiCl+AlCl3；答案為：LiAlH4+2H2O=4H2↑+LiAlO2；還原；LiAlH4+ SiCl4= SiH4+ LiCl+AlCl3；

(3)①根據(jù)圖得353.15K時，平衡轉(zhuǎn)化率最大為24%，則轉(zhuǎn)化率為24%；同時可得溫度升高，平衡轉(zhuǎn)化率增大，說明平衡正向移動，正向為吸熱反應(yīng)；答案為：24%；吸熱；

②323.15K時，要縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時間即加快反應(yīng)速率，可采取的最佳措施是改進(jìn)催化劑；答案為：改進(jìn)催化劑；

(4)a、b兩處轉(zhuǎn)化率相同，說明消耗的SiHCl3等量，時間不同，時間越短速率越快，則Va>Vb；已知反應(yīng)速率V正=K1x2SiHCl3，V逆=K2xSiH2Cl2xSiCl4，達(dá)到平衡時V正= V逆，即K1x2SiHCl3= K2xSiH2Cl2xSiCl4，變式得=＝＝K，由圖可得平衡時轉(zhuǎn)化率為24%，三段式表示為：，，則在353.15K時＝0.025；答案為：>；0.025；

(5)根據(jù)硅酸和碳酸的2級電離常數(shù)可得，H2SiO3的Ka2=2.0×10-12，小于H2CO3的Ka2=5.6×10-11，越弱越水解原則得硅酸根離子水解程度大于碳酸根離子水解程度，所以室溫下，0.1mol/L的硅酸鈉溶液和0.1mol/L的碳酸鈉溶液，堿性更強(qiáng)的是硅酸鈉；答案是：硅酸鈉；硅酸的Ka2小于碳酸的Ka2，硅酸鈉更易水解。