Question

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与NaOH溶液反应的离子方程式为_____________________________________。

（2）下列实验能比较镁和铝的金属性强弱的是____________（填序号）。

a．测定镁和铝的导电性强弱

b．测定等物质的量浓度的Al₂(SO₄)₃和MgSO₄溶液的pH

c．向0.1 mol/L AlCl₃和0.1 mol/L MgCl₂中加过量NaOH溶液

（3）铝热法是常用的金属冶炼方法之一。

已知：4Al (s)+3O₂(g) =2Al₂O₃(s)    ΔH₁ = -3352 kJ/mol

Mn(s)+ O₂(g) =MnO₂ (s)     ΔH₂ = -521 kJ/mol

Al与MnO₂反应冶炼金属Mn的热化学方程式是_____________________________。

（4）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”、“减小”或“不变”）。

（5）298K时，K_sp[Ce(OH)₄]＝1×10^—29。Ce(OH)₄的溶度积表达式为K_sp＝_______________。

为了使溶液中Ce^4＋沉淀完全，即残留在溶液中的c(Ce⁴⁺)小于1×10^－5mol·L^－1，需调节pH为______以上。

Answer

2Al +2OH－+6H2O = 2 [Al(OH)4]－ + 3H2↑ c 4Al (s)+ 3MnO2 (s) ＝ 3Mn(s) +2Al2O3(s) ΔH＝–1789 kJ/mol 0.024 减小 c(Ce4+)•[c(OH－)]4 8

【解析】

（1）Al与NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，离子方程式为：2Al +2OH－+6H2O = 2 [Al(OH)4]－ + 3H2↑ ；正确答案： 2Al +2OH－+6H2O = 2 [Al(OH)4]－ + 3H2↑。

（2）金属导电性强弱不能证明金属的金属性强弱，a错误；镁离子和铝离子浓度不同，无法比较水解的强弱，从而无法确定金属性强弱，b错误；氢氧化镁不溶于氢氧化钠，而氢氧化铝能够溶于氢氧化钠，说明氢氧化镁的碱性大于氢氧化铝，所以能比较两种金属的金属性的强弱，c正确；正确选项c。

（3）①4Al (s)+3O2(g) =2Al2O3(s) ΔH1=-3352 kJ/mol；②Mn(s)+ O2(g)=MnO2 (s) ΔH2=-521 kJ/mol根据盖斯定律可得①-②×3：Al与MnO2反应冶炼金属Mn的热化学方程式是4Al (s)+ 3MnO2 (s) ＝ 3Mn(s) +2Al2O3(s) ΔH＝–1789 kJ/mol；正确答案：4Al (s)+ 3MnO2 (s) ＝3Mn(s) +2Al2O3(s) ΔH＝–1789 kJ/mol。

（4）①5.60gSi3N4(s)的物质的量为5.6/140=0.04mol，根据方程式可以知道参加反应的氢气的物质的量为0.04×6=0.24mol,故H2的平均反应速率是0.24/(2×5)=0.024 mol／(L·min)；正确答案：0.024。

②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的转化率减小；因此，本题正确答案是:减小。

（5）298K时，Ksp[Ce(OH)4]＝1×10—29。Ce(OH)4 Ce4++4OH-，其溶度积表达式为Ksp＝c(Ce4+)×[c(OH－)]4 ；为了使溶液中Ce4＋沉淀完全，即残留在溶液中的c(Ce4+)小于1×10－5mol·L－1，所以1×10－5×[c(OH－)]4=1×10—29，c(OH－)=10-6mol／L；c(H+)=10-8mol／L，pH=8；因此需调节pH为8以上；正确答案：c(Ce4+)•[c(OH－)]4 ；8。