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)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QkJ

C．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）                      

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

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

（3）①0.024  ②0.06  ③40%  ④不变 ⑤  C                                  

【解析】

试题分析：（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2Al +2OH-+2H2O = 2AlO2 + 3H2↑；

（2）氮化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和一种铵盐，这种铵盐是NH4F，该反应的化学方程式为Si3N4 +16HF = 3SiF4 + 4NH4F ；

（3）①Si3N4(s)的质量是5.60g，所以的物质的量n=5.60/80=0.04mol，根据

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反应的N2的物质的量n=0.04×2=0.08mol，所以平衡时容器内N2的浓度=（0.2-0.08）/2="0.06" mol·L-1；

③SiCl4(g)的转化率是=0.04×3/0.3×100%=40%；④若按n(SiCl4) : n(N2) : n(H2) =" 3" : 2 : 6的投料配比，向上述容器不断扩大加料，因为这个投料比为化学计量数之比，所以SiCl4(g)的转化率应该不变；⑤由SiCl4(g)＋2H2(g) Si(s)＋4HCl(g)；△H＝＋QkJ·mol－1(Q＞0)可以知道，压强增大，反应向左进行，所以减小压强能提高SiCl4的转化率，故A错误；若反应开始时SiCl4为1mol，达到平衡时，由于该反应为可逆反应，所以吸收热量小于QkJ，故B错误；C正确，反应至4min时，若HCl的浓度为0.12mol·L－1，则H2的反应速率为0.015mol/(L·min)，故D也错误，本题答案为C。

考点：原子结构示意图、离子方程式、化学平衡