Question

【题目】甲硅烷广泛用于电子工业、汽车领域，三氯氢硅（SiHCl3）是制备甲硅烷的重要原料。回答下列问题：

(1)工业上以硅粉和氯化氢气体为原料生产SiHCl3时伴随发生的反应有：

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

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

以硅粉和氯化氢气体生产SiHCl3的热化学方程式是 ___。

(2)铝锂形成化合物LiAlH4既是金属储氢材料又是有机合成中的常用试剂，遇水能得到无色溶液并剧烈分解释放出H2，请写出其水解反应化学方程式____。LiAlH4在化学反应中通常作_______(填“氧化”或“还原”)剂。工业上可用四氯化硅和氢化铝锂（LiAlH4）制甲硅烷，反应后得甲硅烷及两种盐。该反应的化学方程式为 _________

(3)三氯氢硅歧化也可制得甲硅烷。反应2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)为歧化制甲硅烷过程的关键步骤，此反应采用一定量的PA100催化剂，在不同反应温度下测得SiHCl3的转化率随时间的变化关系如图所示。

①353.15K时，平衡转化率为____，该反应是____反应（填“放热”“吸热”）。

②323.15K时，要缩短反应达到平衡的时间，可采取的最佳措施是____。

(4)比较a、b处反应速率的大小：Va ___Vb （填“＞”“＜”或“＝”）。已知反应速率V正=K1x2SiHCl3，V逆=K2xSiH2Cl2xSiCl4，K1，K2分别是正、逆反应的速率常数，与反应温度有关，x为物质的量分数，则在353.15K时K1/K2 ＝____（保留3位小数）。

(5)硅元素最高价氧化物对应的水化物是H2SiO3，室温下，0.1mol/L的硅酸钠溶液和0.1mol/L的碳酸钠溶液，碱性更强的是 ___，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 还原 LiAlH4+ SiCl4= SiH4+ LiCl+AlCl3 24% 吸热 改进催化剂 > 0.025 硅酸钠 硅酸的Ka2小于碳酸的Ka2，硅酸钠更易水解

【解析】

根据盖斯定律书写热化学方程式；水解方程式是LiAlH4与水反应生成氢气和偏铝酸锂，LiAlH4与四氯化硅反应生成两种盐，根据金属元素可推出为LiCl、AlCl3；由图可知353.15K时，平衡转化率最大为24%，同时可得温度升高，平衡转化率增大，说明平衡正向移动；a、b两处转化率相同，时间不同，根据时间长短可判断速率快慢；根据平衡时正逆反应速率相等，可求出K值与K1、K2的关系，进而计算出K1与K2的比值；根据越弱越水解原则判断溶液的碱性强弱；据此分析。

(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；根据盖斯定律，①-②得硅粉和氯化氢气体生产SiHCl3的热化学方程式：Si(s)＋3HCl(g)= SiHCl3(g)＋H2(g) H＝-210kJ/mol；答案为：Si(s)＋3HCl(g)= SiHCl3(g)＋H2(g) H＝-210kJ/mol；

(2) LiAlH4遇水能得到无色溶液并剧烈分解释放出H2，则水解反应化学方程式为：LiAlH4+2H2O=4H2↑+LiAlO2；LiAlH4中H是-1价，在化学反应中常作还原剂；四氯化硅和LiAlH4反应后得甲硅烷及两种盐，LiAlH4中有2种金属元素，所以生成的2种盐为氯化铝和氯化锂，化学方程式为：LiAlH4+ SiCl4= SiH4+ LiCl+AlCl3；答案为：LiAlH4+2H2O=4H2↑+LiAlO2；还原；LiAlH4+ SiCl4= SiH4+ LiCl+AlCl3；

(3)①根据图得353.15K时，平衡转化率最大为24%，则转化率为24%；同时可得温度升高，平衡转化率增大，说明平衡正向移动，正向为吸热反应；答案为：24%；吸热；

②323.15K时，要缩短反应达到平衡的时间即加快反应速率，可采取的最佳措施是改进催化剂；答案为：改进催化剂；

(4)a、b两处转化率相同，说明消耗的SiHCl3等量，时间不同，时间越短速率越快，则Va>Vb；已知反应速率V正=K1x2SiHCl3，V逆=K2xSiH2Cl2xSiCl4，达到平衡时V正= V逆，即K1x2SiHCl3= K2xSiH2Cl2xSiCl4，变式得=＝＝K，由图可得平衡时转化率为24%，三段式表示为：，，则在353.15K时＝0.025；答案为：>；0.025；

(5)根据硅酸和碳酸的2级电离常数可得，H2SiO3的Ka2=2.0×10-12，小于H2CO3的Ka2=5.6×10-11，越弱越水解原则得硅酸根离子水解程度大于碳酸根离子水解程度，所以室温下，0.1mol/L的硅酸钠溶液和0.1mol/L的碳酸钠溶液，碱性更强的是硅酸钠；答案是：硅酸钠；硅酸的Ka2小于碳酸的Ka2，硅酸钠更易水解。