Question

【題目】三氯氫硅（SiHCl3）是制備硅烷、多晶硅的重要原料�；卮鹣铝袉栴}：

（1） SiHCl3在常溫常壓下為易揮發(fā)的無色透明液體，遇潮氣時發(fā)煙生成(HSiO)2O等，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式___________。

（2） SiHCl3在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)：

2SiHCl3（g）=SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g） ΔH1＝+48 kJ·mol－1

3SiH2Cl2（g）=SiH4（g）＋2SiHCl3（g） ΔH2＝－30 kJ·mol－1

則反應(yīng)4SiHCl3（g）=SiH4（g）＋3SiCl4（g）的ΔH為____kJ·mol－1。

（3）對于反應(yīng)2SiHCl3（g）SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g），采用大孔弱堿性陰離子交換樹脂催化劑，在323 K和343 K時SiHCl3的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的結(jié)果如圖所示。

①343 K時，反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率α＝________%。平衡常數(shù)K343 K＝________（保留2位小數(shù)）。

②在343 K下：要提高SiHCl3轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是______；要縮短反應(yīng)達到平衡的時間，可采取的措施有_________。

（4）甲醇水蒸氣重整制氫（SRM）系統(tǒng)簡單，產(chǎn)物中H2 含量高、CO含量低（CO會損壞燃料電池的交換膜），是電動汽車氫氧燃料電池理想的氫源。反應(yīng)如下：

反應(yīng)I（主） ：CH3OH（g）+ H2O（g） CO2（g）+ 3H2（g） ΔH1=+49kJ/mol

反應(yīng)II（副） ：H2（g）+ CO2（g） CO（g）+ H2O（g） ΔH2=+41kJ/mol

溫度高于300℃則會同時發(fā)生反應(yīng)III： CH3OH（g） CO（g）+2H2（g） ΔH3

反應(yīng)1能夠自發(fā)進行的原因是_________，升溫有利于提高CH3OH轉(zhuǎn)化率，但也存在一個明顯的缺點是________。寫出一條能提高CH3OH轉(zhuǎn)化率而降低CO生成率的措施_______。

Answer 1

【答案】2SiHCl3+3H2O=(HSiO)2O+6HCl +114 22 0.02 移走生成物 加入催化劑 該反應(yīng)為熵增大的反應(yīng) 升溫會促進反應(yīng)III的發(fā)生，提高CO的含量，而CO會破壞該電池的交換膜 加入水蒸氣或使用更合適的催化劑

【解析】

（1）SiHCl3遇潮氣時發(fā)煙生成(HSiO)2O等，說明反應(yīng)物為SiHCl3、H2O，生成物為(HSiO)2O、HCl，從而寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。

（2）利用蓋斯定律進行計算。

（3）假設(shè)起始量，再從坐標(biāo)圖象中提取轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)，采用三段式進行相關(guān)計算。

（4）利用自由能方程分析反應(yīng)自發(fā)進行的原因，再利用題給信息找出升溫的缺陷，并找到提高轉(zhuǎn)化率減少CO生成量的措施。

（1）該反應(yīng)的化學(xué)方程式2SiHCl3+3H2O=(HSiO)2O+6HCl；

答案：2SiHCl3+3H2O=(HSiO)2O+6HCl。

（2） 2SiHCl3（g）=SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g） ΔH1＝+48 kJ·mol－1 ①

3SiH2Cl2（g）=SiH4（g）＋2SiHCl3（g） ΔH2＝－30 kJ·mol－1 ②

將①×3+②得：4SiHCl3（g）=SiH4（g）＋3SiCl4（g） ΔH=+114kJ·mol－1；

答案：+114。

（3）因為溫度越高，反應(yīng)速率越快，達平衡的時間越短，所以a為343 K時SiHCl3的轉(zhuǎn)化率曲線，b為323 K時SiHCl3的轉(zhuǎn)化率曲線。

①從圖中可以看出，343 K時，反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率α＝22%，

設(shè)反應(yīng)物的起始濃度為2mol/L

2SiHCl3（g）SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g）

起始量 2mol/L 0 0

變化量 0.44mol/L 0.22mol/L 0.22mol/L

平衡量 1.56mol/L 0.22mol/L 0.22mol/L

平衡常數(shù)K343 K＝；

答案為：22%；0.02。

②在343 K下，要提高SiHCl3轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是移走生成物；

要縮短反應(yīng)達到平衡的時間，可采取的措施有加入催化劑，加快反應(yīng)速率；

答案為：移走生成物；加入催化劑。

（4）依據(jù)自由能方程，G=H-TS，H>0，要使G<0，S>0。反應(yīng)1能夠自發(fā)進行的原因是該反應(yīng)為熵增大的反應(yīng)；

從題給信息可以看出，升溫有利于反應(yīng)I，有利于反應(yīng)II，還會促進反應(yīng)III的發(fā)生。即提高CH3OH轉(zhuǎn)化率，但也存在一個明顯的缺點是升溫會促進反應(yīng)III的發(fā)生，提高CO的含量，而CO會破壞該電池的交換膜。

水蒸氣為主反應(yīng)的反應(yīng)物，故加入水蒸氣可以提高甲醇的轉(zhuǎn)化率，同時使反應(yīng)II的平衡逆向移動，從而降低了CO的生成率；也可使用更合適的催化劑，最好只催化反應(yīng)I，不催化反應(yīng)II，也能達到目的。

所以能提高CH3OH轉(zhuǎn)化率而降低CO生成率的措施為加入水蒸氣或加入更合適的催化劑。

答案為：該反應(yīng)為熵增大的反應(yīng)；升溫會促進反應(yīng)III的發(fā)生，提高CO的含量，而CO會破壞該電池的交換膜；加入水蒸氣或使用更合適的催化劑。