Question

（1）工業(yè)上用石英砂和焦炭可制得粗硅．已知：

請將以下反應(yīng)的熱化學(xué)方程式補(bǔ)充完整：SiO₂（s）+2C（s）═Si（s）+2CO（g）△H=

 

（2）粗硅經(jīng)系列反應(yīng)可生成硅烷（SiH₄），硅烷分解生成高純硅．已知硅烷的分解溫度遠(yuǎn)低于甲烷，請從原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)角度解釋其原因：

 

．
（3）將粗硅轉(zhuǎn)化成三氯氫硅（SiHCl₃），進(jìn)一步反應(yīng)也可制得高純硅．
①SiHCl₃中含有的SiCl₄、AsCl₃等雜質(zhì)對晶體硅的質(zhì)量有影響．根據(jù)下表數(shù)據(jù)，可用

 

 方法提純SiHCl₃．

物質(zhì)	SiHCl3	SiCl4	AsCl3
沸點(diǎn)/℃	32.0	57.5	131.6

②用SiHCl₃制備高純硅的反應(yīng)為 SiHCl₃（g）+H₂（g）

一定條件

Si（s）+3HCl（g），不同溫度下，SiHCl₃的平衡轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)物的投料比（反應(yīng)初始時(shí)，各反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比）的變化關(guān)系如圖2所示．下列說法正確的是

 

（填字母序號）．
a．該反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度升高而增大
b．橫坐標(biāo)表示的投料比應(yīng)該是

n(SiHCl3)

n(H2)

c．實(shí)際生產(chǎn)中為提高SiHCl₃的利用率，應(yīng)適當(dāng)升高溫度
（4）安裝汽車尾氣催化轉(zhuǎn)化器可減輕PM2.5的危害，其反應(yīng)是：2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0．
①該反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式K=

 

；溫度升高K值

 

（填“增大”或“減小”）
②若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，圖3中示意圖正確且能說明反應(yīng)在進(jìn)行到t₁時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

．
（5）使用鋰離子電池為動(dòng)力汽車如圖4，可減少有害氣體的排放．錳酸鋰離子蓄電池的反應(yīng)式為：
Li_xC+Li_1-xMnO₄

放電

充電

C+LiMnO₄
下列有關(guān)說法正確的是

 

a．充電時(shí)電池內(nèi)部Li⁺向正極移動(dòng)
b．放電過程中，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
c．放電時(shí)電池的正極反應(yīng)式為：Li_1-xMnO₄+xe^-+xLi⁺═LiMnO₄
d．充電時(shí)電池的正極應(yīng)與外接電源的負(fù)極相連．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的影響因素,原電池和電解池的工作原理,化學(xué)平衡的調(diào)控作用,硅和二氧化硅

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）由圖1可得熱化學(xué)方程式：
①Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H1=-859.4kJ?mol^-1
②O₂（g）+2C（s）═2CO（g）△H2=-221.0kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律可知，熱化學(xué)方程式SiO₂（s）+2C（s）═Si（s）+2CO（g）可由②-①得，△H=△H2-△H1=-859.4-（-221.0）kJ?mol^-1=+638.4 kJ?mol^-1；
（2）硅烷的分解溫度遠(yuǎn)低于甲烷的原因?yàn)椋篊和Si最外層電子數(shù)相同（或“是同主族元素”），C原子半徑小于Si（或“C原子電子層數(shù)少于Si”） Si元素的非金屬性弱于C元素，硅烷的熱穩(wěn)定性弱于甲烷；
（3）①根據(jù)各物質(zhì)沸點(diǎn)的不同分離提純物質(zhì)，可用蒸餾（或分餾）法；
②a．因?yàn)殡S著溫度的升高，SiHCl₃的轉(zhuǎn)化率增大，平衡右移，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度升高而增大；
b．增大一種反應(yīng)物的濃度，能提高其它反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，而本身的轉(zhuǎn)化率反而降低，故橫坐標(biāo)表示的投料比應(yīng)該是

n(H2)

n(SiHCl3)

；
c．因?yàn)殡S著溫度的升高，SiHCl₃的轉(zhuǎn)化率增大，平衡右移，故實(shí)際生產(chǎn)中為提高SiHCl₃的利用率，應(yīng)適當(dāng)升高溫度；
（4）A、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化；
B、到達(dá)平衡后，溫度為定值，平衡常數(shù)不變，結(jié)合反應(yīng)熱判斷隨反應(yīng)進(jìn)行容器內(nèi)溫度變化，判斷溫度對化學(xué)平衡常數(shù)的影響；
C、t₁時(shí)刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，最后不再變化；
D、到達(dá)平衡后各組分的含量不發(fā)生變化；
（5）A．充電時(shí)，電池內(nèi)部陽離子向陰極移動(dòng)；
B．放電過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；
C．放電時(shí)正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
D．充電時(shí)電池上標(biāo)注有“+”的電極應(yīng)于外接電源的正極相連．

解答： 解：（1）由圖1可得熱化學(xué)方程式：
①Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H1=-859.4kJ?mol^-1
②O₂（g）+2C（s）═2CO（g）△H2=-221.0kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律可知，熱化學(xué)方程式SiO₂（s）+2C（s）═Si（s）+2CO（g）可由②-①得，△H=△H2-△H1=-859.4-（-221.0）kJ?mol^-1=+638.4 kJ?mol^-1，
故答案為：+638.4 kJ?mol^-1；
（2）C和Si最外層電子數(shù)相同（或“是同主族元素”），C原子半徑小于Si（或“C原子電子層數(shù)少于Si”） Si元素的非金屬性弱于C元素，硅烷的熱穩(wěn)定性弱于甲烷，故硅烷的分解溫度遠(yuǎn)低于甲烷，
故答案為：C和Si最外層電子數(shù)相同（或“是同主族元素”），C原子半徑小于Si（或“C原子電子層數(shù)少于Si”） Si元素的非金屬性弱于C元素，硅烷的熱穩(wěn)定性弱于甲烷；
（3）①根據(jù)各物質(zhì)沸點(diǎn)的不同分離提純物質(zhì)，可用蒸餾（或分餾）法，故答案為：蒸餾（或分餾）；
②a．因?yàn)殡S著溫度的升高，SiHCl₃的轉(zhuǎn)化率增大，平衡右移，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度升高而增大，故a正確；
b．增大一種反應(yīng)物的濃度，能提高其它反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，而本身的轉(zhuǎn)化率反而降低，故橫坐標(biāo)表示的投料比應(yīng)該是

n(H2)

n(SiHCl3)

，故b錯(cuò)誤；
c．因?yàn)殡S著溫度的升高，SiHCl₃的轉(zhuǎn)化率增大，平衡右移，故實(shí)際生產(chǎn)中為提高SiHCl₃的利用率，應(yīng)適當(dāng)升高溫度，故c正確；
故選ac；
（4）2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0．
①該反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式K=

c2(CO2)c(N2)

c2(NO)c2(CO)

；因?yàn)檎�反�?yīng)放熱，故溫度升高平衡左移，K值減小，故答案為：

c2(CO2)c(N2)

c2(NO)c2(CO)

；減��；
②a、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時(shí)刻V_正最大，之后隨反應(yīng)進(jìn)行速率發(fā)生變化，未到達(dá)平衡，故a錯(cuò)誤；
b、該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，到達(dá)平衡后，溫度為定值，達(dá)最高，平衡常數(shù)不變，為最小，圖象與實(shí)際符合，故b正確；
c、t₁時(shí)刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t₁時(shí)刻未到達(dá)平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d、NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為定值，t₁時(shí)刻處于平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：bd；
（5）a．充電時(shí)電池內(nèi)部Li⁺向陽極移動(dòng)，陰離子向陰極移動(dòng)，故a錯(cuò)誤；
b．放電過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故b錯(cuò)誤；
c．放電時(shí)正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：Li1-xMnO₄+xLi⁺+xe^-=LiMnO₄，故c正確；
d．充電時(shí)電池上標(biāo)注有“+”的電極應(yīng)于外接電源的正極相連，形成閉合回路，故d錯(cuò)誤；
故答案為：c．

點(diǎn)評：該題綜合考查蓋斯定律應(yīng)用、化學(xué)平衡常數(shù)和平衡移動(dòng)、電化學(xué)等，題目難度中等，注意相關(guān)知識的積累．