Question

碳化硅（SiC）、氧化铝（Al2O3） 和氮化硅（Si3N4）是优良的高温结构陶瓷，在工业生产和科技领域有重要用

碳化硅（SiC）、氧化铝（Al2O3） 和氮化硅（Si3N4）是优良的高温结构陶瓷，在工业生产和科技领域有重要用途．（1）Al的原子结构示意图为______；Al与NaOH溶液反应的离子方程式为______．（2）氮化硅抗腐蚀能力很强，但易被氢氟酸腐蚀，氮化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和一种铵盐，其反应方程式为______．（3）工业上用化学气相沉积法制备氮化硅，其反应如下：3SiCl4（g）+2N2（g）+6H2（g）高温Si3N4（s）+12HCl（g）△H＜0某温度和压强条件下，分别将0.3mol SiCl4（g）、0.2mol N2（g）、0.6mol H2（g）充入2L密闭容器内，进行上述反应，5min达到平衡状态，所得Si3N4（s）的质量是5.60g．①H2的平均反应速率是______ mol/（L?min）．②平衡时容器内N2的浓度是______mol?L-1．③SiCl4（g）的转化率是______．④若按n（SiCl4）：n（N2）：n（H2）=3：2：6的投料配比，向上述容器不断扩大加料，SiCl4（g）的转化率应______（填“增大”、“减”或“不变”）．⑤工业上制备纯硅反应的热化学方程式如下：SiCl4（g）+2H2（g）═Si（s）+4HCl（g）；△H=+QkJ?mol-1（Q＞0）某温度、压强下，将一定量的反应物通入密闭容器进行以上的反应（此条件下为可逆反应），下列叙述正确的是______A．反应过程中，若增大压强能提高SiCl4的转化率B．若反应开始时SiCl4为1mol，则达到平衡时，吸收热量为QkJC．当反应吸收热量为0.025QkJ时，生成的HCl通入100mL1mol?L-1的NaOH恰好反应D．反应至4min时，若HCl的浓度为0.12mol?L-1，则H2的反应速率为0.03mol/（L?min）

Answer 1

（1）Al为13号元素，其核外电子数为13，3个电子层，分别为2、8、3结构，其原子结构示意图为 ；Al既能与酸反应，又能与强碱反应，它与NaOH溶液反应的方程式为：2Al+2NaOH+H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，离子方程式为：2Al+2OH^-+H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
故答案为：；2Al+2OH^-+H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑； 
（2）氮化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和一种铵盐，根据原子守恒推知：该铵盐为氟化铵，反应方程式为：Si₃N₄+16HF=4NH₄F+3SiF₄，
故答案为：Si₃N₄+16HF=4NH₄F+3SiF₄；
（3）5.60gSi₃N₄的物质的量：n=

m

M

=

5.6g

140g/mol

=0.04mol，
3SiCl₄（g）+2N₂（g）+6H₂（g）

高温

Si₃N₄（s）+12HCl（g）△H＜0
3mol        2mol    6mol       1mol       
0.12mol   0.08mol  0.24mol    0.04mol
①根据方程式可知参加反应的氢气的物质的量为0.04mol×6=0.24mol，氢气的物质的量浓度变化△C（H₂）=

n

v

=

0.24mol

2L

=0.12mol/L，H₂的平均反应速率V=

△C(H2)

△T

=

0.12mol/L

5min

=0.024mol/（L?min）；
故答案为：0.024；
②根据方程式可知到平衡时，参加反应的氮气的物质的量为0.04mol×2=0.08mol，平衡时氮气的物质的量0.2mol-0.08mol=0.12mol，故氮气的平衡浓度：C=

n

v

=

0.12mol

2L

=0.06mol/L；
故答案为：0.06；
③根据方程式可知参加反应的SiCl₄（g）物质的量为0.04mol×3=0.12mol，故SiCl₄的转化率为

n(反应)

n(总)

×100%=

0.12mol

0.3mol

×100%=40%；
故答案为：40%；
④按n（SiCl₄）：n（N₂）：n（H₂）=3：2：6的投料配比，向上述容器不断扩大加料，与原平衡投料配比相同，等效为增大压强，该反应正反应是气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应移动，SiCl₄（g）的转化率减小；
故答案为：减小；
⑤工业上制备纯硅反应的热化学方程式如下：SiCl₄（g）+2H₂（g）═Si（s）+4HCl（g）；△H=+QkJ?mol^-1（Q＞0），某温度、压强下，将一定量的反应物通入密闭容器进行以上的反应（此条件下为可逆反应），
A．反应过程中，若增大压强，平衡向你反应方向移动，SiCl₄的转化率降低；故A错误；
B．若反应开始时SiCl₄为1mol，该为可逆反应，则达到平衡时，反应的SiCl₄应小于1mol；故吸收热量应小于QkJ；故B错误；
C．SiCl₄（g）+2H₂（g）═Si（s）+4HCl（g）；△H=+QkJ?mol^-1（Q＞0）
                            4mol           QkJ
                           0.1mol        0.025QkJ
当反应吸收热量为0.025QkJ时，生成的HCl为0.1mol，通入100mL1mol?L^-1的NaOH恰好反应；故C正确；

D．SiCl₄（g）+2H₂（g）═Si（s）+4HCl（g）；△H=+QkJ?mol^-1（Q＞0）
             0.06mol?L^-1      0.12mol?L^-1                            
反应至4min时，若HCl的浓度为0.12mol?L^-1，则反应的H₂的浓度为：0.06mol?L^-1，氢气的反应速率V（H₂）=

△C(H2)

△T

=

0.06mol?L?1

4min

=0.015mol/（L?min）；故D错误；
故答案为：C．