Question

4．三氯氢硅（SiHCl₃）是生产多晶硅的主要原料．由粗硅制三氯氢硅的反应如下：

	反应的热化学方程式	平衡常数（300℃）
主反应	Si（s）+3HCl（g）?SiHCl3（g）+H2（g）△H=-210kJ•mol-1	K1（mol•L-1）-1
副反应	Si（s）+4HCl（g）?SiHCl4（g）+2H2（g）△H=-240kJ•mol-1	K2（mol•L-1）-1

回答下列问题：
（1）写出SiHCl₃的结构式．
（z） SiHCl₃，在NaOH溶液中剧烈反应放出H₂，该反应的化学方程式为SiHCl₃+5NaOH=3NaCl+Na₂SiO₃+H₂↑+2H₂O．
（3）硅的平衡转化率与投料比$\frac{n（HCl）}{n（Si）}$的关系如图，则图中温度T₁、T₂、T₃的大小顺序为T₁＞T₂＞T₃．
（4）平衡时，$\frac{c（SiHC{l}_{3}）}{c（SiC{l}_{4}）}$的值a随着$\frac{c（{H}_{2}）}{c（HCl）}$的值b的变化而变化．则$\frac{a}{b}$=K₁/K₂（用含K_l、K₂的代数式表示）；根据关系式，工业上用H₂适当稀释HCl来提高SiHCl₃的纯度． 请用平衡移动原理加以解释通入H₂后两个平衡均逆向移动，但对副反应影响更大，所得产物中副产物
的含量减小，所以SiHCl₃的纯度提高．
（5）也可用H₂还原SiCl₄来制取SiHCl₃．300℃时该反应的热化学方程式为H₂（g）+SiCl₄（g）=SiHCl₃（g）+HCl（g）△H=+30kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）碳元素与硅元素在同一主族，根据三氯甲烷的结构式书写三氯硅烷结构式；
（2）SiHCl₃，中H为+1价，Cl为-1价，故硅为+2价，根据氧化还原化合价升价守恒、质量守恒书写反应为：SiHCl₃+5NaOH=3NaCl+Na₂SiO₃+H₂↑+2H₂O；
（3）主反应和副反应均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，硅的转化率降低，故T₁＞T₂＞T₃；
（4）根据平衡常数表达式计算，根据影响平衡移动的因素分析解释；
（5）根据盖斯定律计算分析300℃时该反应的热化学方程式．

解答 解：（1）碳元素与硅元素在同一主族，根据三氯甲烷的结构式书写三氯硅烷结构式为，故答案为：；
（2）SiHCl₃，中H为+1价，Cl为-1价，故硅为+2价，根据氧化还原化合价升价守恒、质量守恒书写反应为：SiHCl₃+5NaOH=3NaCl+Na₂SiO₃+H₂↑+2H₂O，
故答案为：SiHCl₃+5NaOH=3NaCl+Na₂SiO₃+H₂↑+2H₂O；
（3）主反应和副反应均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，硅的转化率降低，故答案为：T₁＞T₂＞T₃；
（4）根据平衡常数表达式计算，$\frac{a}{b}$=主反应-副反应=K1/K2；根据影响平衡移动的因素分析，通入H₂后两个平衡均逆向移动，由于副反应在氢气的比例较主反应大，对副反应影响比主反应更大，副反应中消耗SiHCl₄多，所得产物中副产物的含量减小，所以SiHCl₃的纯度提高，
故答案为：K₁/K₂；通入H₂后两个平衡均逆向移动，但对副反应影响更大，所得产物中副产物的含量减小，所以SiHCl₃的纯度提高；
（5）根据盖斯定律计算分析300℃时的反应，该式子为①Si（s）+3HCl（g）?SiHCl₃（g）+H₂（g）△H1=-210kJ•mol^-1②Si（s）+4HCl（g）?SiHCl₄（g）+2H₂（g） ③△H2=-240kJ•mol^-1；H₂（g）+SiCl₄（g）=SiHCl₃（g）+HCl（g）△H  ③为①-②，故△H=△H1-△H2=+30 kJ•mol^-1，
故答案为：H₂（g）+SiCl₄（g）=SiHCl₃（g）+HCl（g）△H=+30 kJ•mol^-1．

点评 本题考查了物质的转化和制备题，还考查了化学方程式的书写．本题利用文字描述设计出相应的实验步骤，分步骤进行鉴别，解决本考点需要根据实验现象，综合分析，从而得出正确的结论，要注意知识的整体性，题目难度中等．