Question

碳化硅(SiC) 、氧化鋁(Al₂O₃) 和氮化硅（Si₃N₄）是優良的高溫結構陶瓷，在工業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)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，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

【答案】

（1）                      

2Al +2OH^-+2H₂O = 2AlO₂ + 3H₂↑                 

（2）Si₃N₄ +16HF = 3SiF₄ + 4NH₄F                 

（3）①0.024  ②0.06  ③40%  ④不變 ⑤  C                                  

【解析】

試題分析：（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2Al +2OH^-+2H₂O = 2AlO₂ + 3H₂↑；

（2）氮化硅與氫氟酸反應生成四氟化硅和一種銨鹽，這種銨鹽是NH₄F，該反應的化學方程式為Si₃N₄ +16HF = 3SiF₄ + 4NH₄F ；

（3）①Si₃N₄(s)的質量是5.60g，所以的物質的量n=5.60/80=0.04mol，根據

3SiCl₄(g) + 2N₂(g) + 6H₂(g) Si₃N₄(s) + 12HCl(g)，可知

V（H₂）="6" V（Si₃N₄）=6×（0.04/2/5）="0.024" mol／(L·min)；②反應的N₂的物質的量n=0.04×2=0.08mol，所以平衡時容器內N₂的濃度=（0.2-0.08）/2="0.06" mol·L^-1；

③SiCl₄(g)的轉化率是=0.04×3/0.3×100%=40%；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，因為這個投料比為化學計量數之比，所以SiCl₄(g)的轉化率應該不變；⑤由SiCl₄(g)＋2H₂(g) Si(s)＋4HCl(g)；△H＝＋QkJ·mol^－1(Q＞0)可以知道，壓強增大，反應向左進行，所以減小壓強能提高SiCl₄的轉化率，故A錯誤；若反應開始時SiCl₄為1mol，達到平衡時，由于該反應為可逆反應，所以吸收熱量小于QkJ，故B錯誤；C正確，反應至4min時，若HCl的濃度為0.12mol·L^－1，則H₂的反應速率為0.015mol/(L·min)，故D也錯誤，本題答案為C。

考點：原子結構示意圖、離子方程式、化學平衡

點評：本題綜合考查了原子結構示意圖、離子方程式、化學平衡的綜合知識，是高考考查的重點，該題比較全面，是一道不錯的題目。