Question

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

 

；Al與NaOH溶液反應的離子方程式為

 

．
（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生成四氟化硅和一種銨鹽，其反應方程式為

 

．
（3）工業(yè)上用化學氣相沉積法制備氮化硅，其反應如下：
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，進行上述反應，5min達到平衡狀態(tài)，所得Si₃N₄（s）的質量是5.60g．
①H₂的平均反應速率是

 

 mol/（L?min）．
②平衡時容器內N₂的濃度是

 

mol?L^-1．
③SiCl₄（g）的轉化率是

 

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

 

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

 

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

Answer 1

考點：鎂、鋁的重要化合物,化學平衡的影響因素,化學平衡的計算

專題：基本概念與基本理論,元素及其化合物

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

m

M

，計算5.60gSi₃N₄的物質的量，根據方程式計算參加反應的氫氣的物質的量，利用v=

△n/v

△t

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

n

v

計算氮氣的平衡濃度；
③根據方程式計算參加反應的SiCl₄（g）物質的量，根據轉化率定義計算SiCl₄的轉化率；
④按n（SiCl₄）：n（N₂）：n（H₂）=3：2：6的投料配比，向上述容器不斷擴大加料，等效為增大壓強，該反應正反應是氣體體積增大的反應，增大壓強，平衡向逆反應移動，據此判斷；
⑤根據化學平衡的移動分析．

解答： 解：（1）Al為13號元素，其核外電子數為13，3個電子層，分別為2、8、3結構，其原子結構示意圖為 ；Al既能與酸反應，又能與強堿反應，它與NaOH溶液反應的方程式為：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生成四氟化硅和一種銨鹽，根據原子守恒推知：該銨鹽為氟化銨，反應方程式為：Si₃N₄+16HF=4NH₄F+3SiF₄，
故答案為：Si₃N₄+16HF=4NH₄F+3SiF₄；
（3）5.60gSi₃N₄的物質的量：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根據方程式可知參加反應的氫氣的物質的量為0.04mol×6=0.24mol，氫氣的物質的量濃度變化△C（H₂）=

n

v

=

0.24mol

2L

=0.12mol/L，H₂的平均反應速率V=

△C(H2)

△T

=

0.12mol/L

5min

=0.024mol/（L?min）；
故答案為：0.024；
②根據方程式可知到平衡時，參加反應的氮氣的物質的量為0.04mol×2=0.08mol，平衡時氮氣的物質的量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根據方程式可知參加反應的SiCl₄（g）物質的量為0.04mol×3=0.12mol，故SiCl₄的轉化率為

n(反應)

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，向上述容器不斷擴大加料，與原平衡投料配比相同，等效為增大壓強，該反應正反應是氣體體積增大的反應，增大壓強，平衡向逆反應移動，SiCl₄（g）的轉化率減小；
故答案為：減�。�
⑤工業(yè)上制備純硅反應的熱化學方程式如下：SiCl₄（g）+2H₂（g）═Si（s）+4HCl（g）；△H=+QkJ?mol^-1（Q＞0），某溫度、壓強下，將一定量的反應物通入密閉容器進行以上的反應（此條件下為可逆反應），
A．反應過程中，若增大壓強，平衡向你反應方向移動，SiCl₄的轉化率降低；故A錯誤；
B．若反應開始時SiCl₄為1mol，該為可逆反應，則達到平衡時，反應的SiCl₄應小于1mol；故吸收熱量應小于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
當反應吸收熱量為0.025QkJ時，生成的HCl為0.1mol，通入100mL1mol?L^-1的NaOH恰好反應；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                            
反應至4min時，若HCl的濃度為0.12mol?L^-1，則反應的H₂的濃度為：0.06mol?L^-1，氫氣的反應速率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構、單質的性質、化學平衡的有關計算等知識點，難度中等，要注意掌握有關計算方法．