Question

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。宇宙火箭和導(dǎo)彈中，大量用鈦代替鋼鐵。

(1)Al的離子結(jié)構(gòu)示意圖為                  ；

Al與NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式為                                         

(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                                                

（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) + x N₂(g) + 6 H₂(g)   Si₃N₄(s) + 12 HCl(g)   △H＜0  

在恒溫、恒容時(shí)，分別將0.3mol SiCl₄(g)、0.2mol N₂(g)、0.6mol H₂(g)充入2 L密閉容器內(nèi)，進(jìn)行上述反應(yīng)，5 min達(dá)到平衡狀態(tài)，所得HCl(g)為0.3mol/L、 N₂為0.05 mol/L

① H₂的平均反應(yīng)速率是                       

② 反應(yīng)前與達(dá)到平衡時(shí)容器內(nèi)的壓強(qiáng)之比=           

③ 系數(shù) x =     

(4)已知：TiO₂(s)＋2Cl₂(g)===TiCl₄(l)＋O₂(g)  ΔH₁＝＋140 kJ·mol^－1

C(s)＋O₂(g)=== CO(g)    ΔH₂ ＝－110 kJ·mol^－1

寫出TiO₂和焦炭、氯氣反應(yīng)生成TiCl₄和CO氣體的熱化學(xué)方程式：

                                                                              。

 

Answer 1

【答案】

（共10分）（1）（1分）   2Al +2OH^-+2H₂O＝2AlO₂ + 3H₂↑  (2分）

（2）Si₃N₄ +16HF＝3SiF₄ + 4NH₄F （2分）

（3）①0.03mol／(L·min)  ②11:12  ③x=2    （1分/空，若沒有帶單位不得分）

（4）TiO₂(s)＋2Cl₂(g)+2 C(s) ===TiCl₄(l)＋ 2 CO(g)    ΔH ＝ - 80 kJ·mol^－1(2分）

【解析】

試題分析：(1)鋁離子的核外電子數(shù)是8個(gè)，所以離子結(jié)構(gòu)示意圖為。金屬鋁能和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氫氣和偏鋁酸鈉，反應(yīng)的離子方程式是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，則根據(jù)原子守恒可知，該銨鹽應(yīng)該是氟化氨，因此反應(yīng)的化學(xué)方程式是Si₃N₄ +16HF＝3SiF₄ + 4NH₄F。

（3）            3SiCl₄(g) + x N₂(g) + 6 H₂(g)   Si₃N₄(s) + 12 HCl(g)

起始量（mol）    0.3        0.2       0.6                0         0

轉(zhuǎn)化量（mol/L）  0.15       0.05x     0.3               0.05       0.6

平衡量（mol/L）  0.15     0.2－0.05x  0.3               0.05       0.6

則① H₂的平均反應(yīng)速率是＝0.03mol／(L·min)

② 反應(yīng)前與達(dá)到平衡時(shí)容器內(nèi)的壓強(qiáng)之比是

③0.2－0.05x＝0.1

解得x＝2

（4）根據(jù)蓋斯定律可知，①＋②×2即得到反應(yīng)TiO₂(s)＋2Cl₂(g)+2 C(s) ===TiCl₄(l)＋ 2 CO(g)，所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱ΔH ＝140 kJ/mol -110 kJ/mol×2＝－80 kJ·mol

考點(diǎn)：考查離子結(jié)構(gòu)示意圖、方程式的書寫，反應(yīng)速率、反應(yīng)熱的有關(guān)計(jì)算

點(diǎn)評(píng)：該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題。試題基礎(chǔ)性強(qiáng)，在注重考查學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，側(cè)重考查學(xué)生靈活運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力，和規(guī)范的答題能力。