Question

碳化硅（SiC）、氧化鋁（Al₂O₃） 和氮化硅（Si₃N₄）是優(yōu)良的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，在工業(yè)生產(chǎn)和科技領(lǐng)域有重要用途．
（1）Al的原子結(jié)構(gòu)示意圖為

 

；Al與NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式為

 

．
（2）氮化硅抗腐蝕能力很強，但易被氫氟酸腐蝕，氮化硅與氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅和一種銨鹽，其反應(yīng)方程式為

 

．
（3）工業(yè)上用化學(xué)氣相沉積法制備氮化硅，其反應(yīng)如下：
3SiCl₄（g）+2N₂（g）+6H₂（g）

高溫

Si₃N₄（s）+12HCl（g）△H＜0
某溫度和壓強條件下，分別將0.3mol SiCl₄（g）、0.2mol N₂（g）、0.6mol H₂（g）充入2L密閉容器內(nèi)，進(jìn)行上述反應(yīng)，5min達(dá)到平衡狀態(tài)，所得Si₃N₄（s）的質(zhì)量是5.60g．
①H₂的平均反應(yīng)速率是

 

 mol/（L?min）．
②平衡時容器內(nèi)N₂的濃度是

 

mol?L^-1．
③SiCl₄（g）的轉(zhuǎn)化率是

 

．
④若按n（SiCl₄）：n（N₂）：n（H₂）=3：2：6的投料配比，向上述容器不斷擴(kuò)大加料，SiCl₄（g）的轉(zhuǎn)化率應(yīng)

 

（填“增大”、“減”或“不變”）．
⑤工業(yè)上制備純硅反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：
SiCl₄（g）+2H₂（g）═Si（s）+4HCl（g）；△H=+QkJ?mol^-1（Q＞0）
某溫度、壓強下，將一定量的反應(yīng)物通入密閉容器進(jìn)行以上的反應(yīng)（此條件下為可逆反應(yīng)），下列敘述正確的是

 

A．反應(yīng)過程中，若增大壓強能提高SiCl₄的轉(zhuǎn)化率
B．若反應(yīng)開始時SiCl₄為1mol，則達(dá)到平衡時，吸收熱量為QkJ
C．當(dāng)反應(yīng)吸收熱量為0.025QkJ時，生成的HCl通入100mL1mol?L^-1的NaOH恰好反應(yīng)
D．反應(yīng)至4min時，若HCl的濃度為0.12mol?L^-1，則H₂的反應(yīng)速率為0.03mol/（L?min）

Answer 1

考點：鎂、鋁的重要化合物,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡的計算

專題：基本概念與基本理論,元素及其化合物

分析：（1）Al原子核外電子數(shù)為13，有3個電子層，各層電子數(shù)為2、8、3，據(jù)此書寫結(jié)構(gòu)示意圖；
鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣，據(jù)此書寫；
（2）氮化硅與氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅和一種銨鹽，該銨鹽為氟化銨，據(jù)此書寫；
（3）①根據(jù)n=

m

M

，計算5.60gSi₃N₄的物質(zhì)的量，根據(jù)方程式計算參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量，利用v=

△n/v

△t

計算v（H₂）；
②根據(jù)方程式計算參加反應(yīng)的氮氣的物質(zhì)的量，計算平衡時氮氣的物質(zhì)的量，利用c=

n

v

計算氮氣的平衡濃度；
③根據(jù)方程式計算參加反應(yīng)的SiCl₄（g）物質(zhì)的量，根據(jù)轉(zhuǎn)化率定義計算SiCl₄的轉(zhuǎn)化率；
④按n（SiCl₄）：n（N₂）：n（H₂）=3：2：6的投料配比，向上述容器不斷擴(kuò)大加料，等效為增大壓強，該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強，平衡向逆反應(yīng)移動，據(jù)此判斷；
⑤根據(jù)化學(xué)平衡的移動分析．

解答： 解：（1）Al為13號元素，其核外電子數(shù)為13，3個電子層，分別為2、8、3結(jié)構(gòu)，其原子結(jié)構(gòu)示意圖為 ；Al既能與酸反應(yīng)，又能與強堿反應(yīng)，它與NaOH溶液反應(yīng)的方程式為：2Al+2NaOH+H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，離子方程式為：2Al+2OH^-+H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
故答案為：；2Al+2OH^-+H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑； 
（2）氮化硅與氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅和一種銨鹽，根據(jù)原子守恒推知：該銨鹽為氟化銨，反應(yīng)方程式為：Si₃N₄+16HF=4NH₄F+3SiF₄，
故答案為：Si₃N₄+16HF=4NH₄F+3SiF₄；
（3）5.60gSi₃N₄的物質(zhì)的量：n=

m

M

=

5.6g

140g/mol

=0.04mol，
3SiCl₄（g）+2N₂（g）+6H₂（g）

高溫

Si₃N₄（s）+12HCl（g）△H＜0
3mol        2mol    6mol       1mol       
0.12mol   0.08mol  0.24mol    0.04mol
①根據(jù)方程式可知參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為0.04mol×6=0.24mol，氫氣的物質(zhì)的量濃度變化△C（H₂）=

n

v

=

0.24mol

2L

=0.12mol/L，H₂的平均反應(yīng)速率V=

△C(H2)

△T

=

0.12mol/L

5min

=0.024mol/（L?min）；
故答案為：0.024；
②根據(jù)方程式可知到平衡時，參加反應(yīng)的氮氣的物質(zhì)的量為0.04mol×2=0.08mol，平衡時氮氣的物質(zhì)的量0.2mol-0.08mol=0.12mol，故氮氣的平衡濃度：C=

n

v

=

0.12mol

2L

=0.06mol/L；
故答案為：0.06；
③根據(jù)方程式可知參加反應(yīng)的SiCl₄（g）物質(zhì)的量為0.04mol×3=0.12mol，故SiCl₄的轉(zhuǎn)化率為

n(反應(yīng))

n(總)

×100%=

0.12mol

0.3mol

×100%=40%；
故答案為：40%；
④按n（SiCl₄）：n（N₂）：n（H₂）=3：2：6的投料配比，向上述容器不斷擴(kuò)大加料，與原平衡投料配比相同，等效為增大壓強，該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強，平衡向逆反應(yīng)移動，SiCl₄（g）的轉(zhuǎn)化率減��；
故答案為：減小；
⑤工業(yè)上制備純硅反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：SiCl₄（g）+2H₂（g）═Si（s）+4HCl（g）；△H=+QkJ?mol^-1（Q＞0），某溫度、壓強下，將一定量的反應(yīng)物通入密閉容器進(jìn)行以上的反應(yīng)（此條件下為可逆反應(yīng)），
A．反應(yīng)過程中，若增大壓強，平衡向你反應(yīng)方向移動，SiCl₄的轉(zhuǎn)化率降低；故A錯誤；
B．若反應(yīng)開始時SiCl₄為1mol，該為可逆反應(yīng)，則達(dá)到平衡時，反應(yīng)的SiCl₄應(yīng)小于1mol；故吸收熱量應(yīng)小于QkJ；故B錯誤；
C．SiCl₄（g）+2H₂（g）═Si（s）+4HCl（g）；△H=+QkJ?mol^-1（Q＞0）
                            4mol           QkJ
                           0.1mol        0.025QkJ
當(dāng)反應(yīng)吸收熱量為0.025QkJ時，生成的HCl為0.1mol，通入100mL1mol?L^-1的NaOH恰好反應(yīng)；故C正確；

D．SiCl₄（g）+2H₂（g）═Si（s）+4HCl（g）；△H=+QkJ?mol^-1（Q＞0）
             0.06mol?L^-1      0.12mol?L^-1                            
反應(yīng)至4min時，若HCl的濃度為0.12mol?L^-1，則反應(yīng)的H₂的濃度為：0.06mol?L^-1，氫氣的反應(yīng)速率V（H₂）=

△C(H2)

△T

=

0.06mol?L-1

4min

=0.015mol/（L?min）；故D錯誤；
故答案為：C．

點評：本題主要考查鋁的原子結(jié)構(gòu)、單質(zhì)的性質(zhì)、化學(xué)平衡的有關(guān)計算等知識點，難度中等，要注意掌握有關(guān)計算方法．