化学反应原理综合题
1.(2019天津理综)多晶硅是制作光伏电池的关键材料。以下是由粗硅制备多晶硅的简易过程。
回答下列问题:
Ⅰ.硅粉与HCl在300 ℃时反应生成1 mol SiHCl3气体和H2,放出225 kJ热量,该反应的热化学方程式为 。SiHCl3的电子式为 。
Ⅱ.将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法,对应的反应依次为: ①SiCl4(g)+H2(g)
SiHCl3(g)+HCl(g) ΔH1>0
4SiHCl3(g) ΔH2<0
3SiHCl3(g) ΔH3
②3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s)
③2SiCl4(g)+H2(g)+Si(s)+HCl(g)
(1)氢化过程中所需的高纯度H2可用惰性电极电解KOH溶液制备,写出产生H2的电极名称 (
填
“
阳
极
”
或
“
阴
极
”),
该
电
极
反
应
方
程
式
为 。
(2)已知体系自由能变ΔG=ΔH-TΔS,ΔG<0时反应自发进行。三个氢化反应的ΔG与温度的关系如图1所示,可知:反应①能自发进行的最低温度是 ;相同温度下,反应②比反应①的ΔG小,主要原因是 。
(3)不同温度下反应②中SiCl4转化率如图2所示。下列叙述正确的是 (填序号)。 A.B点:v(正)>v(逆) B.v(正):A点>E点
C.反应适宜温度: 480~520 ℃
(4)反应③的ΔH3= (用ΔH1、ΔH2表示)。温度升高,反应③的平衡常数K (填“增大”“减小”或“不变”)。
(5)由粗硅制备多晶硅过程中循环使用的物质除SiCl4、SiHCl3和Si外,还有 (填分子式)。 答
案
:
Ⅰ
.Si(s)+3HCl(g)
SiHCl3(g)+H2(g)
ΔH=-225
kJ·mol ··Ⅱ.(1)阴极 2H2O+2e
-
-1
·· H2↑+2OH
-
(2)1 000 ℃ ΔH2<ΔH1导致反应②的ΔG小 (3)AC (4)ΔH2-ΔH1 减小 (5)HCl、H2 解析:Ⅰ.首先书写反应的化学方程式:Si+3HCl化学方程式:Si(s)+3HCl(g)
SiHCl3+H2,然后加上状态和焓变得热
-1
SiHCl3(g)+H2(g) ΔH=-225kJ·mol;SiHCl3的电子式
为····。
-
Ⅱ.(1)用惰性电极电解KOH溶液,阴极是“放氢生碱”,电极反应为2H2O+2eH2↑+2OH。
-
(2)要使反应①能自发进行,则体系自由能变ΔG<0,由图1可知反应①能自发进行的最低温度为1000℃;反应②放热,ΔH2<ΔH1导致反应②的ΔG比反应①小。 (3)AD是反应②达平衡的过程,D点是平衡点;DE是平衡移动的过程。B点未达平衡
v(正)>v(逆),A项正确;E点温度高于A点,则v(正):A点 化率在CD时较高,对应温度为480~520℃,C项正确。 (4)根据盖斯定律:反应②-反应①可得反应③,则ΔH3=ΔH2-ΔH1;由于ΔH3=ΔH2-ΔH1<0,则升高温度反应③平衡常数K将减小。 (5)由粗硅制备多晶硅的流程图可知首先生成氢气,后面消耗氢气,氢气可循环使用;开始消 耗HCl,SiCl4氢化变为SiHCl3同时又生成HCl,HCl可以循环使用,因此HCl和H2都可循环使用。 2.乙烯工业是石油化工的核心,能合成很多的有机物,请回答下列问题: (1)在实验室中,常以乙醇为原料,在加热和浓硫酸催化下脱水生成乙烯。 已知:①CH3CH2OH(l) -1 CH3CH2OH(g) ΔH=+41.50 kJ·mol, ②H2O(g) H2O(l) ΔH=-44 kJ·mol, -1 ③在101 kPa和25 ℃下,把1 mol气态的AB分子分离成气态的A和B原子要吸收的能量(kJ·mol),叫做键能,相关化学键的键能如下: 化学键 -1-1 C—H C—C 332 O—H CC C—O 433 键能E/(kJ·mol) 415 462.8 611 则实验室制备乙烯的热化学方程式为 。 C2H4(g)+4H2O(g) (2)利用CO2人工合成乙烯已成为研究的热点,反应原理为2CO2(g)+6H2(g)ΔH。在两个容积均为1 L的密闭容器中以投料比[应,CO2的平衡转化率随温度关系如图1所示: ]分别为2∶1和3∶1进行上述反 图1 ①该反应的ΔH (填“>”“<”或“=”)0。 ②曲线X对应的投料比为 ,判断理由是 。 ③已知R点的投料比与P相同,则R、P两点对应的正反应速率:v(R) (填“>”“<”或