Question

【题目】晶体硅是良好的半导体材料，多晶硅主要采用SiHCl3还原工艺生产。

(1)硅原子核外有_____种能量不同的电子。氯离子的核外电子排布式为________________________。短周期主族元素中，氯元素及与其相邻元素的原子半径从大到小的顺序是________。

(2)从原子结构角度解释硅元素与氯元素的非金属性强弱________________________。

(3)900℃以上发生SiHCl3(g)+H2(g)Si(s)+3HCl(g)反应，平衡时H2的百分含量随温度、压强(P)变化如图(K为不同条件时得平衡常数)。从化学反应速率角度来说明上述反应已达到平衡状态_______。

(4)若反应容器的容积为2L，10min后达到平衡，测得固体的质量增加了2.8g，则HCl的平均反应速率为______________。

(5)P1____P2(选填“>”、“<”或“=”)；K1、K2、K3大小关系式为___________。

Answer 1

【答案】5 1s22s22p63s23p6 S>Cl>F 氯和硅两元素同周期，电子层数相同，质子数氯>硅，原子半径氯<硅，因此原子核对最外层电子的吸引能力氯>硅，得电子能力氯>硅 氢气的生成速率等于氢气的消耗速率(合理即给分) 0.015mol/(Lmin) > K1=K2<K3

【解析】

(1)根据硅原子核外电子排布为1s22s22p63s23p2，确定核外有多少种能量不同的电子。根据氯原子得1个电子变为氯离子，写出氯离子核外电子排布式；根据同一主族，从上到下，原子半径增大，同一周期，从左到右，原子半径减小规律比较S、Cl、F半径大小；

(2) 同周期元素，从左到右，质子数越大，原子半径越小，原子核对最外层电子的吸引能力越强进行分析；

(3)化学平衡状态的特征是υ(正)=υ(逆)、各组分的浓度保持不变，据此进行分反应已达到平衡状态时，氢气的生成速率与氢气的消耗速率关系；

(4) 先计算出硅的变化量，据此求出n(HCl)，根据υ(HCl)=c/t进行计算；

(5) 当温度不变时，压强由P2变为P1，氢气的百分含量增大，说明平衡左移，据此分析P1与P2的关系；平衡常数只是温度的函数，据此进行分析。

(1) 硅原子核电荷数为14，核外电子排布为1s22s22p63s23p2，据此可知硅原子核外有5种能量不同的电子；氯原子核电荷数为17，核外电子排布为1s22s22p63s23p5，氯原子得一个电子变为氯离子，氯离子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p6；短周期主族元素中，氯元素及与其相邻元素的原子分别为硫和氟，同一主族，从上到下，原子半径增大，同一周期，从左到右，原子半径减小，半径从大到小的顺序是S>Cl>F；

综上所述，本题答案是：5，1s22s22p63s23p6，S>Cl>F。

(2) 氯和硅两元素同周期，电子层数相同，质子数氯>硅，原子半径氯<硅，因此原子核对最外层电子的吸引能力氯>硅，得电子能力氯>硅，所以氯元素的非金属性强于硅元素；

综上所述，本题答案是：氯和硅两元素同周期，电子层数相同，质子数氯>硅，原子半径氯<硅，因此原子核对最外层电子的吸引能力氯>硅，得电子能力氯>硅。

(3)化学平衡状态的特征是υ(正)=υ(逆) 、各组分的浓度保持不变，所以上述反应已达到平衡状态时，氢气的生成速率等于氢气的消耗速率；

综上所述，本题答案是：氢气的生成速率等于氢气的消耗速率(合理即给分)。

(4) 根据SiHCl3(g)+H2(g)Si(s)+3HCl(g)可知，10min后达到平衡，测得固体硅的质量增加了2.8g，即0.1mol，生成n(HCl)=0.3mol，所以HCl的平均反应速率为0.3mol/(2L×10min)= 0.015mol/(Lmin)；

综上所述，本题答案是：0.015mol/(Lmin)。

(5)当温度不变时，压强由P2变为P1，氢气的百分含量增大，说明平衡左移，增大压强平衡逆向移动，所以P1>P2；平衡常数只是温度的函数，因为K1、K2所处温度相同，所以K1=K2；温度升高，氢气的百分含量减小，平衡右移，正反应为吸热反应，所以K3>K1=K2；

综上所述，本题答案是：>；K1=K2<K3。