多晶矽是製作光伏電池的關鍵材料。以下是由粗矽製備多晶矽的簡易過程。回答下列問題：Ⅰ．矽粉與在300℃時反應生成...

問題詳情：

多晶矽是製作光伏電池的關鍵材料。以下是由粗矽製備多晶矽的簡易過程。

回答下列問題：

Ⅰ．矽粉與在300℃時反應生成氣體和，放出熱量，該反應的熱化學方程式為________________________。的電子式為__________________。

Ⅱ．將*化為有三種方法，對應的反應依次為：

①       

②   

③   

（1）*化過程中所需的高純度可用惰*電極電解溶液製備，寫出產生的電極名稱______（填“陽極”或“*極”），該電極反應方程式為________________________。

（2）已知體系自由能變，時反應自發進行。三個*化反應的與溫度的關係如圖1所示，可知：反應①能自發進行的最低溫度是____________；相同溫度下，反應②比反應①的小，主要原因是________________________。

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

a．B點：    b．：A點點    c．反應適宜溫度：℃

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

（5）由粗矽製備多晶矽過程中迴圈使用的物質除、和外，還有______（填分子式）。

【回答】

            *極    或    1000℃    導致反應②的小    a、c        減小    、   

【分析】

I.書寫熱化學方程式時一定要標註出各物質的狀態，要將熱化學方程式中焓變的數值與化學計量數對應。本題的反應溫度需要標註為條件；

II.（1）惰*電極電解KOH溶液，實質是電解水，產生*氣的必為*極，發生還原反應。

（2）“看圖說話”，將反應①的縱、橫座標對應起來看，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，分析發現熵變對反應②反而不利，說明焓變影響大，為主要影響因素；

（3）據圖判斷化學平衡的建立和移動是分析的關鍵。注意時間是一個不變的量。

（4）此問是蓋斯定律的簡單應用，對熱化學方程式直接進行加減即可。

【詳解】

I.參加反應的物質是固態的Si、氣態的HCl，生成的是氣態的SiHCl3和*氣，反應條件是300℃，配平後發現SiHCl3的化學計量數恰好是1，由此可順利寫出該條件下的熱化學方程式：Si(s)+3HCl(g) SiHCl3(g)+H2(g) ∆H=-225kJ·mol-1；SiHCl3中矽與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3個*原子的孤電子對；

II.（1）電解KOH溶液，陽極發生氧化反應而產生O2、*極發生還原反應才產生H2；*極的電極反應式可以直接寫成2H++2e-=H2↑，或寫成由水得電子也可以：2H2O+2e-=H2↑+2OH-；

（2）由題目所給的圖1可以看出，反應①（最上面那條線）當∆G=0時，對應的橫座標溫度是1000℃；從反應前後氣體分子數的變化來看，反應①的熵變化不大，而反應②中熵是減小的，可見熵變對反應②的自發更不利，而結果反應②的∆G更負，說明顯然是焓變產生了較大的影響，即∆H2<∆H1導致反應②的∆G小（兩個反應對應的∆H，一個為正值，一個為負值，大小比較很明顯）；

（3）圖2給的是不同溫度下的轉化率，注意依據控制變數法思想，此時所用的時間一定是相同的，所以圖示中A、B、C點反應均正向進行，D點剛好達到平衡，D點到E點才涉及平衡的移動。在到達平衡狀態以前，正反應速率大於逆反應速率，a項正確，B點反應正向進行，正反應速率大於逆反應速率；b點錯誤，溫度越高，反應速率越快，所以E點的正（或逆）反應速率均大於A點；c項正確，C到D點，SiHCl3的轉化率較高，選擇此溫度範圍比較合適，在實際工業生產中還要綜合考慮催化劑的活*溫度。

（4）將反應①反向，並與反應②直接相加可得反應③，所以∆H3=∆H2-∆H1，因∆H2<0、∆H1>0，所以∆H3必小於0，即反應③正反應為放熱反應，而放熱反應的化學平衡常數隨著溫度的升高而減小；

（5）反應①生成的HCl可用於流程中粗矽提純的第1步，三個可逆反應中剩餘的H2也可迴圈使用。

【點睛】

①對於反應的吉布斯自由能大小比較及變化的分析，要緊緊抓住焓判據和熵判據進行分析。②判斷圖2中時間是一個不變的量，是看清此圖的關鍵。明白了自變數只有溫度，因變數是SiCl4的轉化率，才能落實好平衡的相關知識的應用，如平衡的建立，平衡的移動以及平衡常數隨溫度變化的規律等。

知識點：影響化學反應速率的因素

題型：綜合題