Question

【題目】三氯氫硅(SiHCl3)是制備硅烷、多晶硅的重要原料，回答下列問題：

(1)SiHCl3在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng):

2SiHCl3(g) = SiH2Cl2(g) +SiCl4(g) △H1 = +48kJ/mol

4SiHCl3(g) = SiH4(g) + 3SiCl4(g) △H3 = +114kJ/mol

則反應(yīng)3SiH2Cl2(g) = SiH4(g) + 2SiHCl3(g)的△H=______________kJ/mol。

(2)對(duì)于反應(yīng)2SiHCl3(g) = SiH2Cl2(g) +SiCl4(g)，采用合適的催化劑，在323 K和343 K時(shí)SiHCl3的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的結(jié)果如圖所示。

①323 K時(shí)反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率ɑ =______%。比較a、b處反應(yīng)速率大小：υa_____υb(填“>”、“<”、“=”)

②在343 K下：要提高SiHCl3平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是_______，要縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間，可采取的措施有_______。(兩問均從下列選項(xiàng)中選擇合適的選項(xiàng)填空)

A、增大反應(yīng)物濃度

B、增大壓強(qiáng)

C、及時(shí)將產(chǎn)物從體系分離

D、使用更高效的催化劑

③某溫度(T K)下，該反應(yīng)可使SiHCl3的平衡轉(zhuǎn)化率達(dá)到30%，則該溫度下的平衡常數(shù)KT K___K343 K(填“>”、“<”、“=”)，已知反應(yīng)速率υ=υ正-υ逆=k正x2(SiHCl3)-k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4)，k正、k逆分別為正、逆向反應(yīng)速率常數(shù)，x為物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，計(jì)算在該溫度下當(dāng)轉(zhuǎn)化率為20%的時(shí)刻，υ正/υ逆=_____________(保留1位小數(shù))。

Answer 1

【答案】-30 21 > C ABD > 2.9

【解析】

根據(jù)蓋斯定律加減熱化學(xué)方程式，綜合分析外因?qū)Ψ磻?yīng)速率和化學(xué)平衡的影響，學(xué)習(xí)速率方程并解決“新”問題。

(1)應(yīng)用蓋斯定律，欲求反應(yīng)與已知反應(yīng)的關(guān)系為：所求＝后式－前式×3，則△H＝△H2－△H1×3＝－30 kJ/mol。

(2)①溫度323 K較低，化學(xué)反應(yīng)較慢，到達(dá)平衡時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)是b點(diǎn)所在曲線，SiHCl3的平衡轉(zhuǎn)化率ɑ =21%。類似地，溫度343 K是a點(diǎn)所在曲線。a、b兩點(diǎn)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率相等，即反應(yīng)物濃度相同，因a點(diǎn)溫度高于b點(diǎn)，使反應(yīng)速率υa>υb。

②A、增大反應(yīng)物濃度，可提高反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間；因反應(yīng)中氣體分子數(shù)不變，增大反應(yīng)物濃度相當(dāng)于加壓，SiHCl3平衡轉(zhuǎn)化率不變。

B、增大壓強(qiáng)，可提高反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間；但平衡不移動(dòng)，SiHCl3平衡轉(zhuǎn)化率不變。

C、及時(shí)將產(chǎn)物從體系分離，不影響正反應(yīng)速率，但平衡右移使SiHCl3平衡轉(zhuǎn)化率增大。

D、更高效的催化劑，可提高反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間；但催化劑不能使平衡移動(dòng)，不能改變SiHCl3平衡轉(zhuǎn)化率。

綜上，要提高SiHCl3平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是C；要縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間，可采取的措施有ABD。

③第一空：圖中343 K時(shí)SiHCl3的平衡轉(zhuǎn)化率為22%，已知溫度(T K)時(shí)SiHCl3的平衡轉(zhuǎn)化率30%。即從343 K到T K，平衡右移，平衡常數(shù)KT K>K343 K。

第二空： T K時(shí)， 2SiHCl3(g) = SiH2Cl2(g) + SiCl4(g)

假設(shè)起始時(shí)/mol： 1 0 0

轉(zhuǎn)化20%時(shí)/mol： 0.8 0.1 0.1

轉(zhuǎn)化30%時(shí)(平衡)/mol：0.7 0.15 0.15

化學(xué)平衡時(shí)υ正＝υ逆，則k正x2(SiHCl3)＝k逆x(SiH2Cl2)·x(SiCl4)，求得k正/k逆＝x(SiH2Cl2)·x(SiCl4)/x2(SiHCl3)＝0.152/0.72＝0.046。該溫度下當(dāng)SiHCl3的轉(zhuǎn)化率為20%時(shí)，υ正＝k正x2(SiHCl3)，υ逆=k逆x(SiH2Cl2)·x(SiCl4)，則υ正/υ逆=(k正/k逆)×{x2(SiHCl3)/[x(SiH2Cl2)·x(SiCl4)]}＝0.046×0.82/0.12＝2.9 。