Question

【題目】甲硅烷廣泛用于電子工業(yè)、汽車領(lǐng)域，三氯氫硅（SiHCl3）是制備甲硅烷的重要原料。回答下列問題：

(1)工業(yè)上以硅粉和氯化氫氣體為原料生產(chǎn)SiHCl3時(shí)伴隨發(fā)生的反應(yīng)有：

Si(s)＋4HCl(g)= SiCl4(g)＋2H2(g) H＝-241kJ/mol

SiHCl3(g)＋HCl(g)=SiCl4(g)＋H2(g) H＝-31kJ/mol

以硅粉和氯化氫氣體生產(chǎn)SiHCl3的熱化學(xué)方程式是____________________________。

(2)工業(yè)上可用四氯化硅和氫化鋁鋰（LiAlH4）制甲硅烷，反應(yīng)后得甲硅烷及兩種鹽。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________。

(3)三氯氫硅歧化也可制得甲硅烷。反應(yīng)2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)為歧化制甲硅烷過程的關(guān)鍵步驟，此反應(yīng)采用一定量的PA100催化劑，在不同反應(yīng)溫度下測(cè)得SiHCl3的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示。

①353.15K時(shí)，平衡轉(zhuǎn)化率為_________，反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝________（保留3位小數(shù)）。該反應(yīng)是________反應(yīng)（填“放熱”“吸熱”）。

②323.15K時(shí)，要縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間，可采取的措施有_________、__________。

③比較a、b處反應(yīng)速率的大小：va_____vb （填“＞”“＜”或“＝”）。已知反應(yīng)速率v正＝，v逆＝，k1、k2分別是正、逆反應(yīng)的速率常數(shù)，與反應(yīng)溫度有關(guān)，x為物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，則在353.15K時(shí)＝________（保留3位小數(shù)）。

Answer 1

【答案】Si(s)＋3HCl(g)=SiHCl3(g)＋H2(g) H＝-210kJ/mol SiCl4＋LiAlH4=SiH4＋LiCl＋AlCl3 24% 0.025 吸熱 改進(jìn)催化劑 增大壓強(qiáng)或提高反應(yīng)物濃度 ＞ 0.025

【解析】

（1）由蓋斯定律，①-②得硅粉和氯化氫氣體生產(chǎn)SiHCl3的熱化學(xué)方程式：Si(s)＋3HCl(g)=SiHCl3(g)＋H2(g) H＝-210kJ/mol；

（2）題目信息：四氯化硅和氫化鋁鋰（LiAlH4）反應(yīng)后得甲硅烷及兩種鹽，氫化鋁鋰中有兩種金屬元素，剛好成兩種鹽LiCl、AlCl3 ，方程式為：SiCl4＋LiAlH4=SiH4＋LiCl＋AlCl3；

（3）①由圖可知353.15K時(shí)，最大轉(zhuǎn)化率24%，則平衡轉(zhuǎn)化率為24%；

反應(yīng)的平衡常數(shù)計(jì)算：設(shè)起始SiHCl3濃度為1mol/L，根據(jù)三段式找到達(dá)到平衡各物質(zhì)濃度， ；

由圖可知：溫度升高，該平衡轉(zhuǎn)化率增大，升溫平衡正向移動(dòng)，則正向是吸熱反應(yīng)。

②323.15K時(shí)，要縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間即加快反應(yīng)速率，可采取的措施有改進(jìn)催化劑、增大壓強(qiáng)或提高反應(yīng)物濃度；

③a、b兩處轉(zhuǎn)化率相同，說(shuō)明消耗的SiHCl3等量的，但a的時(shí)間比b的短，a的反應(yīng)速率快，故va>vb；

已知反應(yīng)速率v正＝，v逆＝，達(dá)到平衡時(shí)v正＝v逆，即＝，變形得=，由圖可知353.15K時(shí)，平衡轉(zhuǎn)化率為24%，則在353.15K時(shí)＝K＝0.025。