Question

【题目】新型陶瓷材料氮化硅（Si3N4）可用于制作火箭发动机中燃料的喷嘴。氮化硅可由石英、焦炭在高温氮气流中制取。完成下列填空：______SiO2+______C+______N2______Si3N4+______CO。

（1）试配平该化学反应方程式，将系数填写在对应位置上。在方程式上标出电子转移的方向和数目。____________

（2）反应中______被还原，当氧化产物比还原产物多 1mol 时，反应中电子转移数为______。

（3）在该反应体系中：所涉及物质属于非极性分子的电子式为______；所涉及元素中原子半径最大的原子的最外层电子排布式为______。

（4）反应的主要产物氮化硅所属的晶体类型为______，证明氮化硅组成元素非金属性强弱：

（Ⅰ）写出一个化学事实______；

（Ⅱ）从原子结构上进行说明：______。

Answer 1

【答案】 N2 2.4NA 3s23p2 原子晶体 HNO3为强酸，H2SiO3为弱酸（或Si3N4中Si为+4价、N为-3价等） 相对原子半径小的N原子最外层有5个电子，形成稳定结构得3个电子，相对原子半径大的Si原子最外层有4个电子，形成稳定结构要得4个电子，得电子形成稳定结构时Si比N更难

【解析】

(1)由产物CO可知，SiO2与C化学计量数之比为1：2。由产物Si3N4可知SiO2与N2化学计量数之比为3：2，所以SiO2、C、N2化学计量数之比为3：6：2，令SiO2的化学计量数为3，C、N2化学计量数分别为6、2，结合元素守恒可知Si3N4、CO化学计量数分别为1、6，配平后方程式为3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO，其中N的化合价降低，则N2发生得电子的还原反应，C发生失电子的氧化反应，反应中共转移12e-，电子转移的方向和数目为；

(2)反应3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO中N元素化合价降低，N2发生还原反应，Si3N4为还原产物、CO为氧化产物，生成6molCO和1molSi3N4时，共转移12mole-，所以当氧化产物比还原产物多1mol时，反应中转移=2.4mol电子，即转移电子数电子数为2.4NA；

(3)反应3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO中，N2为非极性分子，结构式为N≡N，电子式为，Si的原子半径最大，最外层电子的4个电子排布于3s、3p能级上，即排布式为3s23p2；

(4)氮化硅(Si3N4)是共价化合物，可用于制作火箭发动机中燃料的喷嘴，说明其熔点高，所以氮化硅为原子晶体；

(I)比较N、Si非金属性强弱，可根据元素的最高价含氧酸的酸性强弱判断，酸性越强，则元素的非金属性越强，即它们的最高价氧化物对应水化物中，HNO3为强酸，H2SiO3为弱酸；

(Ⅱ)由于N原子半径小，Si原子半径大，形成稳定结构时N得电子的能力强，即得电子能力强的N原子的非金属性强于Si，导致Si3N4中Si为+4价、N为-3价。