Question

【題目】晶體硅是良好的半導(dǎo)體材料，多晶硅主要采用SiHCl3還原工藝生產(chǎn)。

(1)硅原子核外有_____種能量不同的電子。氯離子的核外電子排布式為________________________。短周期主族元素中，氯元素及與其相鄰元素的原子半徑從大到小的順序是________。

(2)從原子結(jié)構(gòu)角度解釋硅元素與氯元素的非金屬性強(qiáng)弱________________________。

(3)900℃以上發(fā)生SiHCl3(g)+H2(g)Si(s)+3HCl(g)反應(yīng)，平衡時(shí)H2的百分含量隨溫度、壓強(qiáng)(P)變化如圖(K為不同條件時(shí)得平衡常數(shù))。從化學(xué)反應(yīng)速率角度來(lái)說(shuō)明上述反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)_______。

(4)若反應(yīng)容器的容積為2L，10min后達(dá)到平衡，測(cè)得固體的質(zhì)量增加了2.8g，則HCl的平均反應(yīng)速率為______________。

(5)P1____P2(選填“>”、“<”或“=”)；K1、K2、K3大小關(guān)系式為___________。

Answer 1

【答案】5 1s22s22p63s23p6 S>Cl>F 氯和硅兩元素同周期，電子層數(shù)相同，質(zhì)子數(shù)氯>硅，原子半徑氯<硅，因此原子核對(duì)最外層電子的吸引能力氯>硅，得電子能力氯>硅 氫氣的生成速率等于氫氣的消耗速率(合理即給分) 0.015mol/(Lmin) > K1=K2<K3

【解析】

(1)根據(jù)硅原子核外電子排布為1s22s22p63s23p2，確定核外有多少種能量不同的電子。根據(jù)氯原子得1個(gè)電子變?yōu)槁入x子，寫出氯離子核外電子排布式；根據(jù)同一主族，從上到下，原子半徑增大，同一周期，從左到右，原子半徑減小規(guī)律比較S、Cl、F半徑大�。�

(2) 同周期元素，從左到右，質(zhì)子數(shù)越大，原子半徑越小，原子核對(duì)最外層電子的吸引能力越強(qiáng)進(jìn)行分析；

(3)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征是υ(正)=υ(逆)、各組分的濃度保持不變，據(jù)此進(jìn)行分反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，氫氣的生成速率與氫氣的消耗速率關(guān)系；

(4) 先計(jì)算出硅的變化量，據(jù)此求出n(HCl)，根據(jù)υ(HCl)=c/t進(jìn)行計(jì)算；

(5) 當(dāng)溫度不變時(shí)，壓強(qiáng)由P2變?yōu)镻1，氫氣的百分含量增大，說(shuō)明平衡左移，據(jù)此分析P1與P2的關(guān)系；平衡常數(shù)只是溫度的函數(shù)，據(jù)此進(jìn)行分析。

(1) 硅原子核電荷數(shù)為14，核外電子排布為1s22s22p63s23p2，據(jù)此可知硅原子核外有5種能量不同的電子；氯原子核電荷數(shù)為17，核外電子排布為1s22s22p63s23p5，氯原子得一個(gè)電子變?yōu)槁入x子，氯離子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p6；短周期主族元素中，氯元素及與其相鄰元素的原子分別為硫和氟，同一主族，從上到下，原子半徑增大，同一周期，從左到右，原子半徑減小，半徑從大到小的順序是S>Cl>F；

綜上所述，本題答案是：5，1s22s22p63s23p6，S>Cl>F。

(2) 氯和硅兩元素同周期，電子層數(shù)相同，質(zhì)子數(shù)氯>硅，原子半徑氯<硅，因此原子核對(duì)最外層電子的吸引能力氯>硅，得電子能力氯>硅，所以氯元素的非金屬性強(qiáng)于硅元素；

綜上所述，本題答案是：氯和硅兩元素同周期，電子層數(shù)相同，質(zhì)子數(shù)氯>硅，原子半徑氯<硅，因此原子核對(duì)最外層電子的吸引能力氯>硅，得電子能力氯>硅。

(3)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征是υ(正)=υ(逆) 、各組分的濃度保持不變，所以上述反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，氫氣的生成速率等于氫氣的消耗速率；

綜上所述，本題答案是：氫氣的生成速率等于氫氣的消耗速率(合理即給分)。

(4) 根據(jù)SiHCl3(g)+H2(g)Si(s)+3HCl(g)可知，10min后達(dá)到平衡，測(cè)得固體硅的質(zhì)量增加了2.8g，即0.1mol，生成n(HCl)=0.3mol，所以HCl的平均反應(yīng)速率為0.3mol/(2L×10min)= 0.015mol/(Lmin)；

綜上所述，本題答案是：0.015mol/(Lmin)。

(5)當(dāng)溫度不變時(shí)，壓強(qiáng)由P2變?yōu)镻1，氫氣的百分含量增大，說(shuō)明平衡左移，增大壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng)，所以P1>P2；平衡常數(shù)只是溫度的函數(shù)，因為K1、K2所處溫度相同，所以K1=K2；溫度升高，氫氣的百分含量減小，平衡右移，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以K3>K1=K2；

綜上所述，本題答案是：>；K1=K2<K3。