Question

碳、硅同為周期表中ⅣA族的元素，是構成自然界各種物質的重要元素．
（一）由碳元素構成的各種單質和化合物都是科學家研究的重要對象．
（1）用特殊方法合成的儲氫納米碳管常伴有大量的碳納米顆粒（雜質），這種顆粒可用如下方法提純，請配平該反應的化學方程式：
______C+______KMnO₄+______H₂SO₄→______CO₂↑+______MnSO₄+______K₂SO₄+______H₂O
（2）汽車尾氣中的一氧化碳是大氣污染物，可通過反應：CO（g）+

1

2

O₂（g）?CO₂（g）降低其濃度．
①某溫度下，在兩個容器中進行上述反應，容器中各物質的起始濃度及正逆反應速率關系如下表所示．請填寫表中的空格．

容器編號	c（CO）/mol?L-1	c（O2）mol?L-1	c（CO2）mol?L-1	v（正）和v（逆）比較
Ⅰ	2.0×10-4	4.0×10-4	4.0×10-2	v（正）=v（逆）
Ⅱ	3.0×10-4	4.0×10-4	5.0×10-2	v（正）______v（逆）

②相同溫度下，某汽車尾氣中CO、CO₂的濃度分別為1.0×10^-5mol/L和1.0×10^-4mol/L．若在汽車的排氣管上增加一個補燃器，不斷補充O₂并使其濃度保持為1.0×10^-4mol/L，則最終尾氣中CO的濃度為______mol/L（請保留兩位有效數字）．
（3）CO₂在自然界循環時可與CaCO₃反應，CaCO₃是一種難溶物質，其K_sp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，現將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為______．
（二）晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步驟如下：
①高溫下用過量的碳還原二氧化硅制得粗硅
②粗硅與干燥的HCl氣體反應制得SiHCl₃
③SiHCl₃與過量的H₂在1000℃～1100℃反應制得純硅，已知SiHCl₃能與水強烈反應，在空氣中易自燃．請回答：
（1）第一步制取粗硅的化學方程式______．
（2）粗硅與HCl反應制備三氯氫硅的過程中發生反應的熱化學方程式為：
（i）Si（s）+3HCl（g）═SiHCl₃（g）+H₂（g）△H=-210kJ/mol
（ii）Si（s）+4HCl（g）═SiCl₄（g）+2H₂（g）（副反應）△H=-241kJ/mol
①常溫下，SiHCl₃和SiCl₄均為液態化合物，二者互溶且均易水解，則分離二者的最佳方法是______．
②某反應的能量變化如圖所示：則該反應的能量變化E=______kJ．

③SiCl₄可轉化為SiHCl₃而循環使用，則該反應的熱化學方程式為：______．

Answer 1

（一）（1）高錳酸鉀中錳元素化合價降低7-2=5價，碳元素化合價升高4-0=4價，化合價升高數=化合價降低數，所以高錳酸鉀前的系數是4，碳單質前的系數是5，根據原子守恒，二氧化碳前是5，硫酸錳前是4，硫酸鉀前面是2，根據硫酸跟守恒，所以硫酸前面是6，據氧原子和氫原子守恒，產物少6個水分子，
故答案為：5；4；6；5；4；2；6；
（2）①由Ⅰ可求K=

4.0×10-2mol/L

2.0×10-4mol/L× 4.0×10-4mol/L

=10⁴L

1

2

?mol

1

2

，
由Ⅱ可求Q=

5.0×10-2mol/L

3.0×10-4mol/L× 4.0×10-4mol/L

=

5

6

×10⁴L

1

2

?mol

1

2

＜K，
故平衡右移，v（正）＞v（逆），
故答案為：＞；
②CO（g）+

1

2

O₂（g）?CO₂（g）．
起始 1.0×10^-5mol 01.0×10^-4mol
△n nmol

1

2

nmol nmol
平衡1.0×10^-5mol-nmol 1.0×10^-4mol 1.0×10^-4mol+nmol
則K=

1.0×10-4+n

1.0×10-4×(1.0×10-5-n)

=10⁴，
解得，n=8.91×10^-6mol/L，
故CO濃度為1.0×10^-5mol-8.91×10^-6mol=1.1×10^-6mol/L，
故答案為：1.1×10^-6．
（3）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=

1

2

×2×10^-4mol/L=1×10^-4mol/L，根據K_sp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，
c（Ca²⁺）=

2.8×10-9

1×10-4

mol/L=2.8×10^-5mol/L，
原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，
故原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為2×2.8×10^-5mol/L=5.6×10^-5mol/L．
故答案為：5.6×10^-5mol/L．
（二）（1）高溫下用碳還原二氧化硅生成硅與一氧化碳，反應方程式為SiO₂+2C

高溫 .

Si+2CO↑，
故答案為：SiO₂+2C

高溫 .

Si+2CO↑；
（2）①HCl易溶于水，而SiHCl₃與H₂O強烈反應，故提純SiHCl₃的方法只能在無水的條件下利用它們的沸點不同，采用分餾的方法進行，
故答案為：蒸餾；
②反應熱化學方程式為：Si（s）+4HCl（g）═SiCl₄（g）+2H₂（g）（副反應）△H=-241kJ/mol，若反應0.5mol硅和2molHCl，則放出120.5kJ熱量，
故答案為：120.5；
③將（i）-（ii）可得SiCl₄（g）+H₂（g）═SiHCl₃（g）+HCl（g）△H₁=+31kJ/mol，
故答案為：SiCl₄（g）+H₂（g）═SiHCl₃（g）+HCl（g）△H₁=+31kJ/mol；