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 在 300℃ 时反应生成 气体和 ，放出 热量，该反应的热化学方程式为 ________________________ 。 的电子式为 __________________ 。

Ⅱ ．将 氢化为 有三种方法，对应的反应依次为：

①

②

③

（ 1 ）氢化过程中所需的高纯度 可用惰性电极电解 溶液制备，写出产生 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 ， 时反应自发进行。三个氢化反应的 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 小，主要原因是 ________________________ 。

（ 3 ）不同温度下反应 ② 中 转化率如图 2 所示。下列叙述正确的是 ______ （填序号）。

a ． B 点： b ． ： A 点 点 c ．反应适宜温度： ℃

（ 4 ）反应 ③ 的 ______ （用 ， 表示）。温度升高，反应 ③ 的平衡常数 ______ （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 、 和 外，还有 ______ （填分子式）。

答案

阴极 或 1000℃ 导致反应 ② 的 小 a 、 c 减小 、

【分析】

I. 书写热化学方程式时一定要标注出各物质的状态，要将热化学方程式中焓变的数值与化学计量数对应。本题的反应温度需要标注为条件；

II. （ 1 ）惰性电极电解 KOH 溶液，实质是电解水，产生氢气的必为阴极，发生还原反应。

（ 2 ） “ 看图说话 ” ，将反应 ① 的纵、横坐标对应起来看，即可顺利找到最低温度。影响自由能变的因素主要是焓变和熵变，分析发现熵变对反应 ② 反而不利，说明焓变影响大，为主要影响因素；

（ 3 ）据图判断化学平衡的建立和移动是分析的关键。注意时间是一个不变的量。

（ 4 ）此问是盖斯定律的简单应用，对热化学方程式直接进行加减即可。

【详解】

I. 参加反应的物质是固态的 Si 、气态的 HCl ，生成的是气态的 SiHCl ₃ 和氢气，反应条件是 300℃ ，配平后发现 SiHCl ₃ 的化学计量数恰好是 1 ，由此可顺利写出该条件下的热化学方程式： Si(s)+3HCl(g) SiHCl ₃ (g)+H ₂ (g) ∆H=-225kJ·mol ^-1 ； SiHCl ₃ 中硅与 1 个 H 、 3 个 Cl 分别形成共价单键，由此可写出其电子式为： ，注意别漏标 3 个氯原子的孤电子对；

II. （ 1 ）电解 KOH 溶液，阳极发生氧化反应而产生 O ₂ 、阴极发生还原反应才产生 H ₂ ；阴极的电极反应式可以直接写成 2H ⁺ +2e ^- =H ₂ ↑ ，或写成由水得电子也可以： 2H ₂ O+2e ^- =H ₂ ↑+2OH ^- ；

（ 2 ）由题目所给的图 1 可以看出，反应 ① （最上面那条线）当 ∆G=0 时，对应的横坐标温度是 1000℃ ；从反应前后气体分子数的变化来看，反应 ① 的熵变化不大，而反应 ② 中熵是减小的，可见熵变对反应 ② 的自发更不利，而结果反应 ② 的 ∆G 更负，说明显然是焓变产生了较大的影响，即 ∆H ₂ <∆H ₁ 导致反应 ② 的 ∆G 小（两个反应对应的 ∆H ，一个为正值，一个为负值，大小比较很明显）；

（ 3 ）图 2 给的是不同温度下的转化率，注意依据控制变量法思想，此时所用的时间一定是相同的，所以图示中 A 、 B 、 C 点反应均正向进行， D 点刚好达到平衡， D 点到 E 点才涉及平衡的移动。在到达平衡状态以前，正反应速率大于逆反应速率， a 项正确， B 点反应正向进行，正反应速率大于逆反应速率； b 点错误，温度越高，反应速率越快，所以 E 点的正（或逆）反应速率均大于 A 点； c 项正确， C 到 D 点， SiHCl ₃ 的转化率较高，选择此温度范围比较合适，在实际工业生产中还要综合考虑催化剂的活性温度。

（ 4 ）将反应 ① 反向，并与反应 ② 直接相加可得反应 ③ ，所以 ∆H ₃ =∆H ₂ -∆H ₁ ，因 ∆H ₂ <0 、 ∆H ₁ >0 ，所以 ∆H ₃ 必小于 0 ，即反应 ③ 正反应为放热反应，而放热反应的化学平衡常数随着温度的升高而减小；

（ 5 ）反应 ① 生成的 HCl 可用于流程中粗硅提纯的第 1 步，三个可逆反应中剩余的 H ₂ 也可循环使用。

【点睛】

① 对于反应的吉布斯自由能大小比较及变化的分析，要紧紧抓住焓判据和熵判据进行分析。 ② 判断图 2 中时间是一个不变的量，是看清此图的关键。明白了自变量只有温度，因变量是 SiCl ₄ 的转化率，才能落实好平衡的相关知识的应用，如平衡的建立，平衡的移动以及平衡常数随温度变化的规律等。