Question

（1）工業(yè)上用石英砂和焦炭可制得粗硅．已知：

請將以下反應的熱化學方程式補充完整：SiO₂（s）+2C（s）═Si（s）+2CO（g）△H=

 

（2）粗硅經系列反應可生成硅烷（SiH₄），硅烷分解生成高純硅．已知硅烷的分解溫度遠低于甲烷，請從原子結構與元素的性質角度解釋其原因：

 

．
（3）將粗硅轉化成三氯氫硅（SiHCl₃），進一步反應也可制得高純硅．
①SiHCl₃中含有的SiCl₄、AsCl₃等雜質對晶體硅的質量有影響．根據下表數據，可用

 

 方法提純SiHCl₃．

物質	SiHCl3	SiCl4	AsCl3
沸點/℃	32.0	57.5	131.6

②用SiHCl₃制備高純硅的反應為 SiHCl₃（g）+H₂（g）

一定條件

Si（s）+3HCl（g），不同溫度下，SiHCl₃的平衡轉化率隨反應物的投料比（反應初始時，各反應物的物質的量之比）的變化關系如圖2所示．下列說法正確的是

 

（填字母序號）．
a．該反應的平衡常數隨溫度升高而增大
b．橫坐標表示的投料比應該是

n(SiHCl3)

n(H2)

c．實際生產中為提高SiHCl₃的利用率，應適當升高溫度
（4）安裝汽車尾氣催化轉化器可減輕PM2.5的危害，其反應是：2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0．
①該反應平衡常數表達式K=

 

；溫度升高K值

 

（填“增大”或“減小”）
②若該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行，圖3中示意圖正確且能說明反應在進行到t₁時刻達到平衡狀態(tài)的是

 

．
（5）使用鋰離子電池為動力汽車如圖4，可減少有害氣體的排放．錳酸鋰離子蓄電池的反應式為：
Li_xC+Li_1-xMnO₄

放電

充電

C+LiMnO₄
下列有關說法正確的是

 

a．充電時電池內部Li⁺向正極移動
b．放電過程中，電能轉化為化學能
c．放電時電池的正極反應式為：Li_1-xMnO₄+xe^-+xLi⁺═LiMnO₄
d．充電時電池的正極應與外接電源的負極相連．

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,原電池和電解池的工作原理,化學平衡的調控作用,硅和二氧化硅

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）由圖1可得熱化學方程式：
①Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H1=-859.4kJ?mol^-1
②O₂（g）+2C（s）═2CO（g）△H2=-221.0kJ?mol^-1
根據蓋斯定律可知，熱化學方程式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）硅烷的分解溫度遠低于甲烷的原因為：C和Si最外層電子數相同（或“是同主族元素”），C原子半徑小于Si（或“C原子電子層數少于Si”） Si元素的非金屬性弱于C元素，硅烷的熱穩(wěn)定性弱于甲烷；
（3）①根據各物質沸點的不同分離提純物質，可用蒸餾（或分餾）法；
②a．因為隨著溫度的升高，SiHCl₃的轉化率增大，平衡右移，則該反應的平衡常數隨溫度升高而增大；
b．增大一種反應物的濃度，能提高其它反應物的轉化率，而本身的轉化率反而降低，故橫坐標表示的投料比應該是

n(H2)

n(SiHCl3)

；
c．因為隨著溫度的升高，SiHCl₃的轉化率增大，平衡右移，故實際生產中為提高SiHCl₃的利用率，應適當升高溫度；
（4）A、到達平衡后正、逆速率相等，不再變化；
B、到達平衡后，溫度為定值，平衡常數不變，結合反應熱判斷隨反應進行容器內溫度變化，判斷溫度對化學平衡常數的影響；
C、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質的量發(fā)生變化，最后不再變化；
D、到達平衡后各組分的含量不發(fā)生變化；
（5）A．充電時，電池內部陽離子向陰極移動；
B．放電過程中，化學能轉化為電能；
C．放電時正極上得電子發(fā)生還原反應；
D．充電時電池上標注有“+”的電極應于外接電源的正極相連．

解答： 解：（1）由圖1可得熱化學方程式：
①Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H1=-859.4kJ?mol^-1
②O₂（g）+2C（s）═2CO（g）△H2=-221.0kJ?mol^-1
根據蓋斯定律可知，熱化學方程式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，
故答案為：+638.4 kJ?mol^-1；
（2）C和Si最外層電子數相同（或“是同主族元素”），C原子半徑小于Si（或“C原子電子層數少于Si”） Si元素的非金屬性弱于C元素，硅烷的熱穩(wěn)定性弱于甲烷，故硅烷的分解溫度遠低于甲烷，
故答案為：C和Si最外層電子數相同（或“是同主族元素”），C原子半徑小于Si（或“C原子電子層數少于Si”） Si元素的非金屬性弱于C元素，硅烷的熱穩(wěn)定性弱于甲烷；
（3）①根據各物質沸點的不同分離提純物質，可用蒸餾（或分餾）法，故答案為：蒸餾（或分餾）；
②a．因為隨著溫度的升高，SiHCl₃的轉化率增大，平衡右移，則該反應的平衡常數隨溫度升高而增大，故a正確；
b．增大一種反應物的濃度，能提高其它反應物的轉化率，而本身的轉化率反而降低，故橫坐標表示的投料比應該是

n(H2)

n(SiHCl3)

，故b錯誤；
c．因為隨著溫度的升高，SiHCl₃的轉化率增大，平衡右移，故實際生產中為提高SiHCl₃的利用率，應適當升高溫度，故c正確；
故選ac；
（4）2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0．
①該反應平衡常數表達式K=

c2(CO2)c(N2)

c2(NO)c2(CO)

；因為正反應放熱，故溫度升高平衡左移，K值減小，故答案為：

c2(CO2)c(N2)

c2(NO)c2(CO)

；減��；
②a、到達平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時刻V_正最大，之后隨反應進行速率發(fā)生變化，未到達平衡，故a錯誤；
b、該反應正反應為放熱反應，隨反應進行溫度升高，化學平衡常數減小，到達平衡后，溫度為定值，達最高，平衡常數不變，為最小，圖象與實際符合，故b正確；
c、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質的量發(fā)生變化，t₁時刻未到達平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d、NO的質量分數為定值，t₁時刻處于平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：bd；
（5）a．充電時電池內部Li⁺向陽極移動，陰離子向陰極移動，故a錯誤；
b．放電過程中，化學能轉化為電能，故b錯誤；
c．放電時正極上得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為：Li1-xMnO₄+xLi⁺+xe^-=LiMnO₄，故c正確；
d．充電時電池上標注有“+”的電極應于外接電源的正極相連，形成閉合回路，故d錯誤；
故答案為：c．

點評：該題綜合考查蓋斯定律應用、化學平衡常數和平衡移動、電化學等，題目難度中等，注意相關知識的積累．