题目内容

10．硅元素的化合物有多种．
回答下列问题：
（1）SiH4的沸点比CH4高，原因是二者是结构相似的分子晶体，SiH4的分子量比CH4的分子量大，范德华力大，所以沸点比CH4高．
（2）硅与碳同主族，也有系列氢化物，但硅院在种类和数量上都远不如烷烃多．根据下表中所列键能数据，简要分析可能的原因Si-Si的键能比C-C小，Si-H的键能也比C-H小，更容易断裂，所以硅烷的种类和数量都比烷烃少．
化学键C-CC-HSi-SiSi-H
键能/（kJ•mol-1）356413226318
氮化硅（Si3N4）是一种重要的陶瓷材料，可用石英与焦炭在800℃的氮气气氛下合成：
3SiO2（s）+6C（s）+2N2（g） $\stackrel{高温}{?}$Si3N4（s）+6CO（g）
（3）标出上述反应中电子转移的数目和方向．
（4）该反应的平衡常数表达式K=$\frac{{C}^{6}（CO）}{C（{N}_{2}）}$．已知平衡常数：K（800℃）＞K（850℃），则反 应是放热反应（填“放热”或“吸热”）．
（5）任写两种能提高二氧化硅转化率的措施降温、减小压强．
（6）一定温度下，在2L密闭容器内，充入一定量的反应物，5分钟时达到平衡，测得容器内气体增加了0.4mol，用CO表示该反应时间内的反应速率为0.06mol/（L•min）．

分析 （1）组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量大的沸点高；
（2）键能越小，化学键越不稳定；
（3）在氧化还原反应中，得电子化合价降低的反应物是氧化剂，失电子化合价升高的反应物是还原剂，根据氧化还原反应化合价升降总数相等，标反应中电子转移的数目和方向；
（4）化学平衡常数为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比值；根据已知平衡常数和温度的关系，结合温度对平衡移动的影响判断；
（5）二氧化硅为反应物，增大其转化率应使平衡向正反应方向移动；
（6）根据v=$\frac{△c}{△t}$计算．

解答 解：（1）CH4和SiH4都是组成和结构相似的分子晶体，SiH4的分子量比CH4的分子量大，范德华力大，所以沸点比CH4高，
故答案为：二者是结构相似的分子晶体，SiH4的分子量比CH4的分子量大，范德华力大，所以沸点比CH4高；
（2）由表中数据可知，C-C键和C-H键较强，所形成的烷烃稳定．而硅烷中Si-Si键和Si-H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成，所以硅烷的种类和数量都比烷烃少，
故答案为：Si-Si的键能比C-C小，Si-H的键能也比C-H小，更容易断裂，所以硅烷的种类和数量都比烷烃少；
（3）Si的化合价前后未变，N的化合价由0降为-3，C的化合价由0升为+2，生成1个Si3N4化合价降低12，生成1个CO化合价升高2，根据化合价升降总数相等以及质量守恒得，
故答案：；
（4）化学平衡常数为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比值，则3SiO2（s）+6C（s）+2N2（g） $\stackrel{高温}{?}$Si3N4（s）+6CO（g）的化学平衡常数为K=$\frac{{C}^{6}（CO）}{{C}^{2}（{N}_{2}）}$，该反应K800℃＞K 850℃，升高温度，平衡常数减小，平衡向逆反应方向移动，说明该反应的正反应为放热反应，
故答案为：$\frac{{C}^{6}（CO）}{{C}^{2}（{N}_{2}）}$；放热；
（5）该反应的正反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动，二氧化硅的转化率增大，该反应的正反应为体积增大的反应，减小压强，平衡向正反应方向移动，二氧化硅的转化率增大，
故答案为：降温、减小压强；
（6）3SiO2（s）+6C（s）+2N2（g） $\stackrel{高温}{?}$Si3N4（s）+6CO（g），每生成6molCO，容器内气体增加了4mol，则测得容器内气体增加了0.4mol，生成了0.6molCO，用CO表示该反应时间内的反应速率为v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.6mol}{\frac{2L}{5min}}$=0.06mol/（L•min），
故答案为：0.06mol/（L•min）．

点评 本题考查了硅及其化合物的性质，涉及晶体溶沸点的比较、氧化还原、化学平衡的分析判断，平衡常数的概念应用，化学反应速率计算等，注意平衡常数表达式中固体不写入，题目难度中等．

练习册系列答案
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