Question

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

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

回答下列問題：
（1）寫出SiHCl₃的結構式．
（z） SiHCl₃，在NaOH溶液中劇烈反應放出H₂，該反應的化學方程式為SiHCl₃+5NaOH=3NaCl+Na₂SiO₃+H₂↑+2H₂O．
（3）硅的平衡轉化率與投料比$\frac{n（HCl）}{n（Si）}$的關系如圖，則圖中溫度T₁、T₂、T₃的大小順序為T₁＞T₂＞T₃．
（4）平衡時，$\frac{c（SiHC{l}_{3}）}{c（SiC{l}_{4}）}$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的代數式表示）；根據關系式，工業(yè)上用H₂適當稀釋HCl來提高SiHCl₃的純度． 請用平衡移動原理加以解釋通入H₂后兩個平衡均逆向移動，但對副反應影響更大，所得產物中副產物
的含量減小，所以SiHCl₃的純度提高．
（5）也可用H₂還原SiCl₄來制取SiHCl₃．300℃時該反應的熱化學方程式為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，根據三氯甲烷的結構式書寫三氯硅烷結構式；
（2）SiHCl₃，中H為+1價，Cl為-1價，故硅為+2價，根據氧化還原化合價升價守恒、質量守恒書寫反應為：SiHCl₃+5NaOH=3NaCl+Na₂SiO₃+H₂↑+2H₂O；
（3）主反應和副反應均為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，硅的轉化率降低，故T₁＞T₂＞T₃；
（4）根據平衡常數表達式計算，根據影響平衡移動的因素分析解釋；
（5）根據蓋斯定律計算分析300℃時該反應的熱化學方程式．

解答 解：（1）碳元素與硅元素在同一主族，根據三氯甲烷的結構式書寫三氯硅烷結構式為，故答案為：；
（2）SiHCl₃，中H為+1價，Cl為-1價，故硅為+2價，根據氧化還原化合價升價守恒、質量守恒書寫反應為：SiHCl₃+5NaOH=3NaCl+Na₂SiO₃+H₂↑+2H₂O，
故答案為：SiHCl₃+5NaOH=3NaCl+Na₂SiO₃+H₂↑+2H₂O；
（3）主反應和副反應均為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，硅的轉化率降低，故答案為：T₁＞T₂＞T₃；
（4）根據平衡常數表達式計算，$\frac{a}$=主反應-副反應=K1/K2；根據影響平衡移動的因素分析，通入H₂后兩個平衡均逆向移動，由于副反應在氫氣的比例較主反應大，對副反應影響比主反應更大，副反應中消耗SiHCl₄多，所得產物中副產物的含量減小，所以SiHCl₃的純度提高，
故答案為：K₁/K₂；通入H₂后兩個平衡均逆向移動，但對副反應影響更大，所得產物中副產物的含量減小，所以SiHCl₃的純度提高；
（5）根據蓋斯定律計算分析300℃時的反應，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．

點評 本題考查了物質的轉化和制備題，還考查了化學方程式的書寫．本題利用文字描述設計出相應的實驗步驟，分步驟進行鑒別，解決本考點需要根據實驗現象，綜合分析，從而得出正確的結論，要注意知識的整體性，題目難度中等．