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在催化劑作用下發生反應:

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

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

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

(2)對于反應2SiHCl3(g) = SiH2Cl2(g) +SiCl4(g)，采用合適的催化劑，在323 K和343 K時SiHCl3的轉化率隨時間變化的結果如圖所示。

①323 K時反應的平衡轉化率ɑ =______%。比較a、b處反應速率大�。害�a_____υb(填“>”、“<”、“=”)

②在343 K下：要提高SiHCl3平衡轉化率，可采取的措施是_______，要縮短反應達到平衡的時間，可采取的措施有_______。(兩問均從下列選項中選擇合適的選項填空)

A、增大反應物濃度

B、增大壓強

C、及時將產物從體系分離

D、使用更高效的催化劑

③某溫度(T K)下，該反應可使SiHCl3的平衡轉化率達到30%，則該溫度下的平衡常數KT K___K343 K(填“>”、“<”、“=”)，已知反應速率υ=υ正-υ逆=k正x2(SiHCl3)-k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4)，k正、k逆分別為正、逆向反應速率常數，x為物質的量分數，計算在該溫度下當轉化率為20%的時刻，υ正/υ逆=_____________(保留1位小數)。

Answer 1

【答案】-30 21 > C ABD > 2.9

【解析】

根據蓋斯定律加減熱化學方程式，綜合分析外因對反應速率和化學平衡的影響，學習速率方程并解決“新”問題。

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

(2)①溫度323 K較低，化學反應較慢，到達平衡時間較長，應是b點所在曲線，SiHCl3的平衡轉化率ɑ =21%。類似地，溫度343 K是a點所在曲線。a、b兩點反應物轉化率相等，即反應物濃度相同，因a點溫度高于b點，使反應速率υa>υb。

②A、增大反應物濃度，可提高反應速率，縮短達到平衡的時間；因反應中氣體分子數不變，增大反應物濃度相當于加壓，SiHCl3平衡轉化率不變。

B、增大壓強，可提高反應速率，縮短達到平衡的時間；但平衡不移動，SiHCl3平衡轉化率不變。

C、及時將產物從體系分離，不影響正反應速率，但平衡右移使SiHCl3平衡轉化率增大。

D、更高效的催化劑，可提高反應速率，縮短達到平衡的時間；但催化劑不能使平衡移動，不能改變SiHCl3平衡轉化率。

綜上，要提高SiHCl3平衡轉化率，可采取的措施是C；要縮短反應達到平衡的時間，可采取的措施有ABD。

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

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

假設起始時/mol： 1 0 0

轉化20%時/mol： 0.8 0.1 0.1

轉化30%時(平衡)/mol：0.7 0.15 0.15

化學平衡時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SiHCl3的轉化率為20%時，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 。