Question

13．SiCl₄在室溫下為無色液體，易揮發(fā)，有強烈的刺激性氣味．工業(yè)上，提純粗硅的原理如下：粗硅$→_{△}^{HCl}$SiCl₄$→_{△}^{Si+H_{2}}$SiHCl₃$→_{△}^{H_{2}}$Si（純）
（1）已知：①Si（s）+4HCl（g）?SiCl₄（g）+2H₂（g）△H₁=-241kJ•mol^-1
②Si（s）+3HCl（g）?SiHCl₃（g）+H₂（g）△H₂=-210kJ•mol^-1
③3SiCl₄（g）+2H₂（g）+Si（s）?4SiHCl₃（g）△H₃=-akJ•mol^-1
a=-117KJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上，利用蒸餾水吸收尾氣中的氯化氫制鹽酸．常用沉淀滴定法測定鹽酸的濃度：取一定體積的鹽酸用標(biāo)準(zhǔn)AgNO₃溶液滴定，用K₂CrO₄溶液作指示劑．已知：298K時K_sp（AgCl）、K_sp（Ag₂CrO₄）分別為 1.8×10^-10、l.0×10^-12．若選擇K₂CrO₄為指示劑，使溶液中c（CrO₄^2-）=0.01mol•L^-1．當(dāng)產(chǎn)生黃色Ag₂CrO₄沉淀時，c（Cl^-）=1.8×10^-5 mol•L^-1．
（3）研究反應(yīng)③最適合的反應(yīng)溫度，四氯化硅的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化曲線如圖所示．
①圖象中表示SiHCl₃（g）的正反應(yīng)速率小于SiHCl₃（g）的逆反應(yīng)速率的點是C（填“A”“B”或“C”）．
②溫度低于500℃時，隨著溫度升高，四氯化硅的轉(zhuǎn)化率增大，其原因是500℃之前反應(yīng)未達到平衡，升高溫度，反應(yīng)速率加快．
（4）一定溫度下，向2L恒容密閉器中充入一定量的SiCl₄（g）、H₂（g）和Si（s）發(fā)生反應(yīng)③，經(jīng)過tmin達到平衡．測得平衡體系中H₂、SiHCl₃（g）的物質(zhì)的量濃度分別為2mol•L^-1、1mol•L^-1．
（i）從反應(yīng)開始到平衡時SiCl₄的平均速率為$\frac{3}{4t}$mol/（L．min）．
（ii）在該條件下，H₂的平衡轉(zhuǎn)化率為20%．升髙溫度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)減小（填“增大”，“減小”或“不變”）．
（iii）若平衡后再向容器中充入與起始時等量的SiCl₄（g）和H₂（g）（假設(shè)硅足量），當(dāng)反應(yīng)再次達到平衡時，與原平衡相比較，H₂的體積分?jǐn)?shù)將減小 （填“增大”“減小”或“不變”）．
（iv）若平衡后，將容器的體積壓縮至1L（硅足量），再次達到平衡時，H₂的物質(zhì)的量濃度范圍為2mol•L^-1＜c（H₂）＜4mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）運用蓋斯定律，利用反應(yīng)ⅰ的逆反應(yīng)且系數(shù)乘3再加上反應(yīng)ⅱ的正反應(yīng)且系數(shù)要乘以4，即可計算出反應(yīng)的熱效應(yīng)為-117kJ•mol^-1；
（2）根據(jù)Ksp（Ag₂CrO₄）=c²（Ag⁺）•c（CrO₄^2-）計算出c（Ag⁺），再根據(jù)Ksp（AgCl）=c（Ag⁺）•c（Cl^-）計算出c（Cl^-）；
（3）①據(jù)四氯化硅的轉(zhuǎn)化率來分析；
②升高溫度，反應(yīng)速率加快來分析；
（4）（i）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（SiHCl₃），再利用速率之比等于其化學(xué)計量數(shù)之比計算v（SiCl₄）；
（ii）w=$\frac{n變}{n總}×100%$進行計算；溫度升高平衡逆向移動故K值減小；
（iii）若平衡后再向容器中充人與起始時等量的SiCl₄和H₂（假設(shè)Si足量），等效為壓強增大一倍，平衡向正反應(yīng)方向移動；
（iv）平衡后，將容器的體積壓縮為1L，壓強增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，若平衡不移動，此時氫氣濃度為極大值，平衡移動不能消除氫氣濃度增大，到達新平衡時的濃度仍大于原平衡時的濃度．

解答 解：（1）：①Si（s）+4HCl（g）?SiCl₄（g）+2H₂（g）△H₁=-241kJ•mol^-1
②Si（s）+3HCl（g）?SiHCl₃（g）+H₂（g）△H₂=-210kJ•mol^-1，②×4-①×3得：3SiCl₄（g）+2H₂（g）+Si（s）?4SiHCl₃（g），故△H=4×（-210kJ•mol^-1）-3×（-241kJ•mol^-1）=-117kJ•mol^-1，
故答案為：-117KJ•mol^-1；
（2）Ksp（Ag₂CrO₄）=c²（Ag⁺）•c（CrO₄^2-），則c（Ag⁺）=$\sqrt{\frac{Ksp（A{g}_{2}Cr{O}_{4}）}{c（Cr{{O}_{4}}^{2-}）}}$=$\sqrt{\frac{l.0×1{0}^{-12}}{（0.01）}}$=l.0×10^-5，Ksp（AgCl）=c（Ag⁺）•c（Cl^-），故c（Cl^-）=$\frac{Ksp（AgCl）}{c（（A{g}^{+}）}$=$\frac{1.8×1{0}^{-10}}{1.0×1{0}^{-5}}$=1.8×10^-5，
故答案為：1.8×10^-5；
（3）①四氯化硅的轉(zhuǎn)化率最小時，則能說明SiHCl₃（g）的正反應(yīng)速率小于SiHCl₃（g）的逆反應(yīng)速率，故為點C，
故答案為：C；
②溫度低于500℃時，隨著溫度升高，四氯化硅的轉(zhuǎn)化率增大，其原因是500℃之前反應(yīng)未達到平衡，升高溫度，反應(yīng)速率加快，
故答案為：500℃之前反應(yīng)未達到平衡，升高溫度，反應(yīng)速率加快；
（4）（i）tmin后達到平衡，SiHCl₃的物質(zhì)量濃度為0.2mol．L^-1，則v（SiHCl₃）=$\frac{1mol/L}{tmin}$=$\frac{1}{t}$mol/（L．min），速率之比等于其化學(xué)計量數(shù)之比，則v（SiCl₄）=$\frac{3}{4}$v（SiHCl₃）=$\frac{3}{4t}$mol/（L．min），
故答案為：$\frac{3}{4t}$mol/（L．min）；
（ii）            3SiCl₄（g）+2H₂（g）+Si（s）?4SiHCl₃（g）
開始（c）                                                      0
變化           0.75            0.5                            1
tmin                               2                             1
w（H₂）=$\frac{0.5}{2+0.5}$×100%=20%；該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)減小，
故答案為：20%；減�。�
（iii）若平衡后再向容器中充人與起始時等量的SiCl₄和H₂（假設(shè)Si足量），等效為壓強增大一倍，平衡向正反應(yīng)方向移動，有方程式可知1mol氫氣反應(yīng)時，混合氣體總物質(zhì)的量減小1mol，故到達新平衡時氫氣的體積分?jǐn)?shù)減小，
故答案為：減小；
（iv）平衡后，將容器的體積壓縮為1L，壓強增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，若平衡不移動，此時氫氣濃度為極大值為2×2mol•L^-1=4mol•L^-1，平衡移動不能消除氫氣濃度增大，到達新平衡時的濃度仍大于原平衡時的濃度2mol•L^-1，故再次達到平衡時，H₂的物質(zhì)的量濃度范圍為：2mol•L^-1＜c（H₂）＜4mol•L^-1，
故答案為：2mol•L^-1＜c（H₂）＜4mol•L^-1．

點評 本題考查方程式書寫、反應(yīng)熱計算、化學(xué)反應(yīng)速率計算、平衡常數(shù)及影響因素、化學(xué)平衡計算及移動等，（4）中（iv）注意利用極限法與平衡移動原理方向解答，題目難度中等．