Question

（2013?房山區(qū)一模）碳化硅（SiC）、氧化鋁（Al₂O₃） 和氮化硅（Si₃N₄）是優(yōu)良的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，在工業(yè)生產(chǎn)和科技領(lǐng)域有重要用途．
（1）Al的原子結(jié)構(gòu)示意圖為

；Al與NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式為

2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑

．
（2）氮化硅抗腐蝕能力很強(qiáng)，但易被氫氟酸腐蝕，氮化硅與氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅和一種銨鹽，其反應(yīng)方程式為

Si₃N₄+16HF=4NH₄F+3SiF₄

．
（3）工業(yè)上用化學(xué)氣相沉積法制備氮化硅，其反應(yīng)如下：
3SiCl₄（g）+2N₂（g）+6H₂（g）

高溫

Si₃N₄（s）+12HCl（g）△H＜0
某溫度和壓強(qiáng)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(nèi)，進(jìn)行上述反應(yīng)，5min達(dá)到平衡狀態(tài)，所得Si₃N₄（s）的質(zhì)量是5.60g．
①H₂的平均反應(yīng)速率是

0.024

 mol/（L?min）．
②平衡時(shí)容器內(nèi)N₂的濃度是

0.06

mol?L^-1．
③SiCl₄（g）的轉(zhuǎn)化率是

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(kuò)大加料，SiCl₄（g）的轉(zhuǎn)化率應(yīng)

減小

（填“增大”、“減”或“不變”）．
⑤在不改變反應(yīng)條件的情況下，為了提高SiCl₄（g）的轉(zhuǎn)化率，可通過(guò)改變投料配比的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)．下列四種投料方式，其中可行的是

AB

．

選項(xiàng)	投料方式
A	n（SiCl4）：n（N2）：n（H2）=1：1：2
B	n（SiCl4）：n（N2）：n（H2）=1：2：2
C	n（SiCl4）：n（N2）：n（H2）=3：2：2
D	n（SiCl4）：n（N2）：n（H2）=2：1：3

Answer 1

分析：（1）Al原子核外電子數(shù)為13，有3個(gè)電子層，各層電子數(shù)為2、8、3，據(jù)此書(shū)寫結(jié)構(gòu)示意圖；
鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣，據(jù)此書(shū)寫；
（2）氮化硅與氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅和一種銨鹽，該銨鹽為氟化銨，據(jù)此書(shū)寫；
（3）①根據(jù)n=

m

M

計(jì)算5.60gSi₃N₄的物質(zhì)的量，根據(jù)方程式計(jì)算參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量，利用v=

△n V

△t

計(jì)算v（H₂）；
②根據(jù)方程式計(jì)算參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量，計(jì)算平衡時(shí)氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量，利用c=

n

V

計(jì)算氮?dú)獾钠胶鉂舛龋?BR>③根據(jù)方程式計(jì)算參加反應(yīng)的SiCl₄（g）物質(zhì)的量，根據(jù)轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算SiCl₄的轉(zhuǎn)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(kuò)大加料，等效為增大壓強(qiáng)，該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，據(jù)此判斷；
⑤在SiCl₄物質(zhì)的量不變的情況下，增大N₂、H₂的物質(zhì)的量，使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，SiCl₄的轉(zhuǎn)化率增大，結(jié)合選項(xiàng)中比例關(guān)系計(jì)算N₂、H₂的物質(zhì)的量，與原平衡比較判斷．
原平衡n（SiCl₄）：n（N₂）：n（H₂）=0.3mol：0.2mol：0.6mol=3：2：6，在此比例關(guān)系中增大N₂、H₂．

解答：解：（1）Al原子核外電子數(shù)為13，有3個(gè)電子層，各層電子數(shù)為2、8、3，結(jié)構(gòu)示意圖為，
鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣，反應(yīng)離子方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：；2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）氮化硅與氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅和一種銨鹽，該銨鹽為氟化銨，反應(yīng)方程式為：Si₃N₄+16HF=4NH₄F+3SiF₄，
故答案為：Si₃N₄+16HF=4NH₄F+3SiF₄；
（3）①5.60gSi₃N₄的物質(zhì)的量為

5.6g

140g/mol

=0.04mol，根據(jù)方程式可知參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為0.04mol×6=0.24mol，故v（H₂）=

0.24mol 2L

5min

=0.024mol/（L?min），故答案為：0.024；
②根據(jù)方程式可知參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為0.04mol×2=0.08mol，平衡時(shí)氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量0.2mol-0.08mol=0.12mol，故氮?dú)獾钠胶鉂舛葹?span id="11g1rqo" class="MathJye" mathtag="math" style="whiteSpace:nowrap;wordSpacing:normal;wordWrap:normal">

0.12mol

2L

=0.06mol/L，故答案為：0.06；
③根據(jù)方程式可知參加反應(yīng)的SiCl₄（g）物質(zhì)的量為0.04mol×3=0.12mol，故SiCl₄的轉(zhuǎn)化率為

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(kuò)大加料，與原平衡投料配比相同，等效為增大壓強(qiáng)，該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，SiCl₄（g）的轉(zhuǎn)化率減小，故答案為：減��；
⑤在SiCl₄物質(zhì)的量不變的情況下，增大N₂、H₂的物質(zhì)的量，使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，SiCl₄的轉(zhuǎn)化率增大，
A、n（SiCl₄）：n（N₂）：n（H₂）=1：1：2，n（SiCl₄）=0.3mol，則n（N₂）=0.3mol，n（H₂）=0.6mol，N₂的物質(zhì)的量增大，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，SiCl₄的轉(zhuǎn)化率增大，故A正確；
B、n（SiCl₄）：n（N₂）：n（H₂）=1：2：2，n（SiCl₄）=0.3mol，則n（N₂）=0.6mol，n（H₂）=0.6mol，N₂的物質(zhì)的量增大，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，SiCl₄的轉(zhuǎn)化率增大，故B正確；
C、n（SiCl₄）：n（N₂）：n（H₂）=3：2：2，n（SiCl₄）=0.3mol，則n（N₂）=0.2mol，n（H₂）=0.4mol，H₂的物質(zhì)的量降低，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，SiCl₄的轉(zhuǎn)化率減小，故C錯(cuò)誤；
D、n（SiCl₄）：n（N₂）：n（H₂）=2：1：3，n（SiCl₄）=0.3mol，則n（N₂）=0.15mol，n（H₂）=0.45mol，N₂、H₂的物質(zhì)的量都減小，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，SiCl₄的轉(zhuǎn)化率減小，故D錯(cuò)誤；
故答案為：AB．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算、影響化學(xué)平衡的因素等，難度中等，注意（3）中⑤利用控制變量法進(jìn)行分析．