Question

【題目】多晶硅是制作光伏電池的關(guān)鍵材料。以下是由粗硅制備多晶硅的簡易過程。

回答下列問題：

Ⅰ．硅粉與在300℃時反應(yīng)生成氣體和，放出熱量，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為________________________。的電子式為__________________。

Ⅱ．將氫化為有三種方法，對應(yīng)的反應(yīng)依次為：

①

②

③

（1）氫化過程中所需的高純度可用惰性電極電解溶液制備，寫出產(chǎn)生的電極名稱______（填“陽極”或“陰極”），該電極反應(yīng)方程式為________________________。

（2）已知體系自由能變，時反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。三個氫化反應(yīng)的與溫度的關(guān)系如圖1所示，可知：反應(yīng)①能自發(fā)進(jìn)行的最低溫度是____________；相同溫度下，反應(yīng)②比反應(yīng)①的小，主要原因是________________________。

（3）不同溫度下反應(yīng)②中轉(zhuǎn)化率如圖2所示。下列敘述正確的是______（填序號）。

a．B點： b．：A點點 c．反應(yīng)適宜溫度：℃

（4）反應(yīng)③的______（用，表示）。溫度升高，反應(yīng)③的平衡常數(shù)______（填“增大”、“減小”或“不變”）。

（5）由粗硅制備多晶硅過程中循環(huán)使用的物質(zhì)除、和外，還有______（填分子式）。

Answer 1

【答案】 陰極 或 1000℃ 導(dǎo)致反應(yīng)②的小 a、c 減小 、

【解析】

I.書寫熱化學(xué)方程式時一定要標(biāo)注出各物質(zhì)的狀態(tài)，要將熱化學(xué)方程式中焓變的數(shù)值與化學(xué)計量數(shù)對應(yīng)。本題的反應(yīng)溫度需要標(biāo)注為條件；

II.（1）惰性電極電解KOH溶液，實質(zhì)是電解水，產(chǎn)生氫氣的必為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)。

（2）“看圖說話”，將反應(yīng)①的縱、橫坐標(biāo)對應(yīng)起來看，即可順利找到最低溫度。影響自由能變的因素主要是焓變和熵變，分析發(fā)現(xiàn)熵變對反應(yīng)②反而不利，說明焓變影響大，為主要影響因素；

（3）據(jù)圖判斷化學(xué)平衡的建立和移動是分析的關(guān)鍵。注意時間是一個不變的量。

（4）此問是蓋斯定律的簡單應(yīng)用，對熱化學(xué)方程式直接進(jìn)行加減即可。

I.參加反應(yīng)的物質(zhì)是固態(tài)的Si、氣態(tài)的HCl，生成的是氣態(tài)的SiHCl3和氫氣，反應(yīng)條件是300℃，配平后發(fā)現(xiàn)SiHCl3的化學(xué)計量數(shù)恰好是1，由此可順利寫出該條件下的熱化學(xué)方程式：Si(s)+3HCl(g) SiHCl3(g)+H2(g) H=-225kJ·mol-1；SiHCl3中硅與1個H、3個Cl分別形成共價單鍵，由此可寫出其電子式為：，注意別漏標(biāo)3個氯原子的孤電子對；

II.（1）電解KOH溶液，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)而產(chǎn)生O2、陰極發(fā)生還原反應(yīng)才產(chǎn)生H2；陰極的電極反應(yīng)式可以直接寫成2H++2e-=H2↑，或?qū)懗捎伤�得電子也可以�?/span>2H2O+2e-=H2↑+2OH-；

（2）由題目所給的圖1可以看出，反應(yīng)①（最上面那條線）當(dāng)G=0時，對應(yīng)的橫坐標(biāo)溫度是1000℃；從反應(yīng)前后氣體分子數(shù)的變化來看，反應(yīng)①的熵變化不大，而反應(yīng)②中熵是減小的，可見熵變對反應(yīng)②的自發(fā)更不利，而結(jié)果反應(yīng)②的G更負(fù)，說明顯然是焓變產(chǎn)生了較大的影響，即H2<H1導(dǎo)致反應(yīng)②的G小（兩個反應(yīng)對應(yīng)的H，一個為正值，一個為負(fù)值，大小比較很明顯）；

（3）圖2給的是不同溫度下的轉(zhuǎn)化率，注意依據(jù)控制變量法思想，此時所用的時間一定是相同的，所以圖示中A、B、C點反應(yīng)均正向進(jìn)行，D點剛好達(dá)到平衡，D點到E點才涉及平衡的移動。在到達(dá)平衡狀態(tài)以前，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，a項正確，B點反應(yīng)正向進(jìn)行，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率；b點錯誤，溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以E點的正（或逆）反應(yīng)速率均大于A點；c項正確，C到D點，SiHCl3的轉(zhuǎn)化率較高，選擇此溫度范圍比較合適，在實際工業(yè)生產(chǎn)中還要綜合考慮催化劑的活性溫度。

（4）將反應(yīng)①反向，并與反應(yīng)②直接相加可得反應(yīng)③，所以H3=H2-H1，因H2<0、H1>0，所以H3必小于0，即反應(yīng)③正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，而放熱反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)隨著溫度的升高而減��；

（5）反應(yīng)①生成的HCl可用于流程中粗硅提純的第1步，三個可逆反應(yīng)中剩余的H2也可循環(huán)使用。