Question

（1）工业上用石英砂和焦炭可制得粗硅．已知：

请将以下反应的热化学方程式补充完整：SiO₂（s）+2C（s）═Si（s）+2CO（g）△H=

 

（2）粗硅经系列反应可生成硅烷（SiH₄），硅烷分解生成高纯硅．已知硅烷的分解温度远低于甲烷，请从原子结构与元素的性质角度解释其原因：

 

．
（3）将粗硅转化成三氯氢硅（SiHCl₃），进一步反应也可制得高纯硅．
①SiHCl₃中含有的SiCl₄、AsCl₃等杂质对晶体硅的质量有影响．根据下表数据，可用

 

 方法提纯SiHCl₃．

物质	SiHCl3	SiCl4	AsCl3
沸点/℃	32.0	57.5	131.6

②用SiHCl₃制备高纯硅的反应为 SiHCl₃（g）+H₂（g）

一定条件

Si（s）+3HCl（g），不同温度下，SiHCl₃的平衡转化率随反应物的投料比（反应初始时，各反应物的物质的量之比）的变化关系如图2所示．下列说法正确的是

 

（填字母序号）．
a．该反应的平衡常数随温度升高而增大
b．横坐标表示的投料比应该是

n(SiHCl3)

n(H2)

c．实际生产中为提高SiHCl₃的利用率，应适当升高温度
（4）安装汽车尾气催化转化器可减轻PM2.5的危害，其反应是：2NO（g）+2CO（g）

催化剂

2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0．
①该反应平衡常数表达式K=

 

；温度升高K值

 

（填“增大”或“减小”）
②若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，图3中示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是

 

．
（5）使用锂离子电池为动力汽车如图4，可减少有害气体的排放．锰酸锂离子蓄电池的反应式为：
Li_xC+Li_1-xMnO₄

放电

充电

C+LiMnO₄
下列有关说法正确的是

 

a．充电时电池内部Li⁺向正极移动
b．放电过程中，电能转化为化学能
c．放电时电池的正极反应式为：Li_1-xMnO₄+xe^-+xLi⁺═LiMnO₄
d．充电时电池的正极应与外接电源的负极相连．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,原电池和电解池的工作原理,化学平衡的调控作用,硅和二氧化硅

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）由图1可得热化学方程式：
①Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H1=-859.4kJ?mol^-1
②O₂（g）+2C（s）═2CO（g）△H2=-221.0kJ?mol^-1
根据盖斯定律可知，热化学方程式SiO₂（s）+2C（s）═Si（s）+2CO（g）可由②-①得，△H=△H2-△H1=-859.4-（-221.0）kJ?mol^-1=+638.4 kJ?mol^-1；
（2）硅烷的分解温度远低于甲烷的原因为：C和Si最外层电子数相同（或“是同主族元素”），C原子半径小于Si（或“C原子电子层数少于Si”） Si元素的非金属性弱于C元素，硅烷的热稳定性弱于甲烷；
（3）①根据各物质沸点的不同分离提纯物质，可用蒸馏（或分馏）法；
②a．因为随着温度的升高，SiHCl₃的转化率增大，平衡右移，则该反应的平衡常数随温度升高而增大；
b．增大一种反应物的浓度，能提高其它反应物的转化率，而本身的转化率反而降低，故横坐标表示的投料比应该是

n(H2)

n(SiHCl3)

；
c．因为随着温度的升高，SiHCl₃的转化率增大，平衡右移，故实际生产中为提高SiHCl₃的利用率，应适当升高温度；
（4）A、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化；
B、到达平衡后，温度为定值，平衡常数不变，结合反应热判断随反应进行容器内温度变化，判断温度对化学平衡常数的影响；
C、t₁时刻后二氧化碳、NO的物质的量发生变化，最后不再变化；
D、到达平衡后各组分的含量不发生变化；
（5）A．充电时，电池内部阳离子向阴极移动；
B．放电过程中，化学能转化为电能；
C．放电时正极上得电子发生还原反应；
D．充电时电池上标注有“+”的电极应于外接电源的正极相连．

解答： 解：（1）由图1可得热化学方程式：
①Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H1=-859.4kJ?mol^-1
②O₂（g）+2C（s）═2CO（g）△H2=-221.0kJ?mol^-1
根据盖斯定律可知，热化学方程式SiO₂（s）+2C（s）═Si（s）+2CO（g）可由②-①得，△H=△H2-△H1=-859.4-（-221.0）kJ?mol^-1=+638.4 kJ?mol^-1，
故答案为：+638.4 kJ?mol^-1；
（2）C和Si最外层电子数相同（或“是同主族元素”），C原子半径小于Si（或“C原子电子层数少于Si”） Si元素的非金属性弱于C元素，硅烷的热稳定性弱于甲烷，故硅烷的分解温度远低于甲烷，
故答案为：C和Si最外层电子数相同（或“是同主族元素”），C原子半径小于Si（或“C原子电子层数少于Si”） Si元素的非金属性弱于C元素，硅烷的热稳定性弱于甲烷；
（3）①根据各物质沸点的不同分离提纯物质，可用蒸馏（或分馏）法，故答案为：蒸馏（或分馏）；
②a．因为随着温度的升高，SiHCl₃的转化率增大，平衡右移，则该反应的平衡常数随温度升高而增大，故a正确；
b．增大一种反应物的浓度，能提高其它反应物的转化率，而本身的转化率反而降低，故横坐标表示的投料比应该是

n(H2)

n(SiHCl3)

，故b错误；
c．因为随着温度的升高，SiHCl₃的转化率增大，平衡右移，故实际生产中为提高SiHCl₃的利用率，应适当升高温度，故c正确；
故选ac；
（4）2NO（g）+2CO（g）

催化剂

2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0．
①该反应平衡常数表达式K=

c2(CO2)c(N2)

c2(NO)c2(CO)

；因为正反应放热，故温度升高平衡左移，K值减小，故答案为：

c2(CO2)c(N2)

c2(NO)c2(CO)

；减小；
②a、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化，t₁时刻V_正最大，之后随反应进行速率发生变化，未到达平衡，故a错误；
b、该反应正反应为放热反应，随反应进行温度升高，化学平衡常数减小，到达平衡后，温度为定值，达最高，平衡常数不变，为最小，图象与实际符合，故b正确；
c、t₁时刻后二氧化碳、NO的物质的量发生变化，t₁时刻未到达平衡状态，故c错误；
d、NO的质量分数为定值，t₁时刻处于平衡状态，故d正确；
故答案为：bd；
（5）a．充电时电池内部Li⁺向阳极移动，阴离子向阴极移动，故a错误；
b．放电过程中，化学能转化为电能，故b错误；
c．放电时正极上得电子发生还原反应，电极反应式为：Li1-xMnO₄+xLi⁺+xe^-=LiMnO₄，故c正确；
d．充电时电池上标注有“+”的电极应于外接电源的正极相连，形成闭合回路，故d错误；
故答案为：c．

点评：该题综合考查盖斯定律应用、化学平衡常数和平衡移动、电化学等，题目难度中等，注意相关知识的积累．