Question

【题目】三氯氢硅（SiHCl3）是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题：

（1） SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体，遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等，写出该反应的化学方程式___________。

（2） SiHCl3在催化剂作用下发生反应：

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

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

则反应4SiHCl3（g）=SiH4（g）＋3SiCl4（g）的ΔH为____kJ·mol－1。

（3）对于反应2SiHCl3（g）SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g），采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。

①343 K时，反应的平衡转化率α＝________%。平衡常数K343 K＝________（保留2位小数）。

②在343 K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是______；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有_________。

（4）甲醇水蒸气重整制氢（SRM）系统简单，产物中H2 含量高、CO含量低（CO会损坏燃料电池的交换膜），是电动汽车氢氧燃料电池理想的氢源。反应如下：

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

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

温度高于300℃则会同时发生反应III： CH3OH（g） CO（g）+2H2（g） ΔH3

反应1能够自发进行的原因是_________，升温有利于提高CH3OH转化率，但也存在一个明显的缺点是________。写出一条能提高CH3OH转化率而降低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 加入催化剂 该反应为熵增大的反应 升温会促进反应III的发生，提高CO的含量，而CO会破坏该电池的交换膜 加入水蒸气或使用更合适的催化剂

【解析】

（1）SiHCl3遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等，说明反应物为SiHCl3、H2O，生成物为(HSiO)2O、HCl，从而写出该反应的化学方程式。

（2）利用盖斯定律进行计算。

（3）假设起始量，再从坐标图象中提取转化率数据，采用三段式进行相关计算。

（4）利用自由能方程分析反应自发进行的原因，再利用题给信息找出升温的缺陷，并找到提高转化率减少CO生成量的措施。

（1）该反应的化学方程式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

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

答案：+114。

（3）因为温度越高，反应速率越快，达平衡的时间越短，所以a为343 K时SiHCl3的转化率曲线，b为323 K时SiHCl3的转化率曲线。

①从图中可以看出，343 K时，反应的平衡转化率α＝22%，

设反应物的起始浓度为2mol/L

2SiHCl3（g）SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g）

起始量 2mol/L 0 0

变化量 0.44mol/L 0.22mol/L 0.22mol/L

平衡量 1.56mol/L 0.22mol/L 0.22mol/L

平衡常数K343 K＝；

答案为：22%；0.02。

②在343 K下，要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是移走生成物；

要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有加入催化剂，加快反应速率；

答案为：移走生成物；加入催化剂。

（4）依据自由能方程，G=H-TS，H>0，要使G<0，S>0。反应1能够自发进行的原因是该反应为熵增大的反应；

从题给信息可以看出，升温有利于反应I，有利于反应II，还会促进反应III的发生。即提高CH3OH转化率，但也存在一个明显的缺点是升温会促进反应III的发生，提高CO的含量，而CO会破坏该电池的交换膜。

水蒸气为主反应的反应物，故加入水蒸气可以提高甲醇的转化率，同时使反应II的平衡逆向移动，从而降低了CO的生成率；也可使用更合适的催化剂，最好只催化反应I，不催化反应II，也能达到目的。

所以能提高CH3OH转化率而降低CO生成率的措施为加入水蒸气或加入更合适的催化剂。

答案为：该反应为熵增大的反应；升温会促进反应III的发生，提高CO的含量，而CO会破坏该电池的交换膜；加入水蒸气或使用更合适的催化剂。