题目内容

【题目】多晶硅是制作光伏电池的关键材料。以下是由粗硅制备多晶硅的简易过程。

回答下列问题:

.硅粉与300℃时反应生成气体和,放出热量,该反应的热化学方程式为________________________的电子式为__________________

.将氢化为有三种方法,对应的反应依次为:

1)氢化过程中所需的高纯度可用惰性电极电解溶液制备,写出产生的电极名称______(填阳极阴极),该电极反应方程式为________________________

2)已知体系自由能变时反应自发进行。三个氢化反应的与温度的关系如图1所示,可知:反应能自发进行的最低温度是____________;相同温度下,反应比反应小,主要原因是________________________

3)不同温度下反应转化率如图2所示。下列叙述正确的是______(填序号)。

aB点: bA c.反应适宜温度:

4)反应______(用表示)。温度升高,反应的平衡常数______(填增大减小不变)。

5)由粗硅制备多晶硅过程中循环使用的物质除外,还有______(填分子式)。

【答案】 阴极 1000℃ 导致反应 ac 减小

【解析】

I.书写热化学方程式时一定要标注出各物质的状态,要将热化学方程式中焓变的数值与化学计量数对应。本题的反应温度需要标注为条件;

II.1)惰性电极电解KOH溶液,实质是电解水,产生氢气的必为阴极,发生还原反应。

2看图说话,将反应的纵、横坐标对应起来看,即可顺利找到最低温度。影响自由能变的因素主要是焓变和熵变,分析发现熵变对反应反而不利,说明焓变影响大,为主要影响因素;

3)据图判断化学平衡的建立和移动是分析的关键。注意时间是一个不变的量。

4)此问是盖斯定律的简单应用,对热化学方程式直接进行加减即可。

I.参加反应的物质是固态的Si、气态的HCl,生成的是气态的SiHCl3和氢气,反应条件是300℃,配平后发现SiHCl3的化学计量数恰好是1,由此可顺利写出该条件下的热化学方程式:Si(s)+3HCl(g) SiHCl3(g)+H2(g) H=-225kJ·mol-1SiHCl3中硅与1H3Cl分别形成共价单键,由此可写出其电子式为:,注意别漏标3个氯原子的孤电子对;

II.1)电解KOH溶液,阳极发生氧化反应而产生O2、阴极发生还原反应才产生H2;阴极的电极反应式可以直接写成2H++2e-=H2,或写成由水得电子也可以:2H2O+2e-=H2↑+2OH-

2)由题目所给的图1可以看出,反应(最上面那条线)当G=0时,对应的横坐标温度是1000℃;从反应前后气体分子数的变化来看,反应的熵变化不大,而反应中熵是减小的,可见熵变对反应的自发更不利,而结果反应G更负,说明显然是焓变产生了较大的影响,即H2<H1导致反应G小(两个反应对应的H,一个为正值,一个为负值,大小比较很明显);

3)图2给的是不同温度下的转化率,注意依据控制变量法思想,此时所用的时间一定是相同的,所以图示中ABC点反应均正向进行,D点刚好达到平衡,D点到E点才涉及平衡的移动。在到达平衡状态以前,正反应速率大于逆反应速率,a项正确,B点反应正向进行,正反应速率大于逆反应速率;b点错误,温度越高,反应速率越快,所以E点的正(或逆)反应速率均大于A点;c项正确,CD点,SiHCl3的转化率较高,选择此温度范围比较合适,在实际工业生产中还要综合考虑催化剂的活性温度。

4)将反应反向,并与反应直接相加可得反应,所以H3=H2-H1,因H2<0H1>0,所以H3必小于0,即反应正反应为放热反应,而放热反应的化学平衡常数随着温度的升高而减小;

5)反应生成的HCl可用于流程中粗硅提纯的第1步,三个可逆反应中剩余的H2也可循环使用。

练习册系列答案
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(1)已知:2CO(g)O2(g)=2CO2(g) ΔH1=566kJ/molS(l)O2(g)=SO2(g) ΔH2=296kJ/mol

一定条件下,可以通过COSO2反应生成S(1)和一种无毒的气体,实现燃煤烟气中硫的回收,写出该反应的热化学方程式_______________________________

(2)500℃下合成甲醇的反应原理为:

CO2(g)3H2(g) CH3OH(g)H2O(g);在1L的密闭容器中,充入1mol CO23mol H2,压强为p0 kpa,测得CO2(g)CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。(可逆反应的平衡常数可以用平衡浓度计算,也可以用平衡分压Kp代替平衡浓度,计算分压=总压×物质的量分数)

0~4minH2的平均反应速率v(H2)=________mol·L1·min1

CO2平衡时的体积分数为______________,该温度下Kp_________kPa-2_(用含有p0的式子表示,小数点后保留1)

③下列能说明该反应已达到平衡状态的是______________

Av(CH3OH)=3v(H2)

BCO2H2CH3OHH2O浓度之比为1311

C.恒温恒压下,气体的体积不再变化

D.恒温恒容下,气体的密度不再变化

500℃、在2个容积都是2L的密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:

容器

容器甲

容器乙

反应物起始投入量

1mol CO23mol H2

0.5mol CO21mol H2

1mol CH3OH1mol H2O

CH3OH的平衡浓度/mol·L1

C1

C2

则乙容器中反应起始向________(正反应逆反应”)方向进行;c1_________(“>”“<”“=”)c2

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