Question

11．硅基太阳电池需用化合物甲作钝化材料，甲的摩尔质量为140g•mol^-1，其中硅元素的质量分数为60%．已知1mol NH₃与足量的化合物乙充分反应后可得到35g 甲与6g H₂．工业上制乙的流程如图：

请回答下列问题：
（1）乙的电子式是；比较热稳定性：乙＜NH₃（填＞，＜或=）．
（2）NH₃与足量的化合物乙反应制甲的化学方程式是3SiH₄+4NH₃=Si₃N₄+12H₂．
（3）合成炉内物质需在保护气氛下高温合成，下列气体可作保护气的有BE（填字母编号）．
A．O₂    B．H₂    C．N₂    D．CO₂    E．Ar
（4）上述生产乙的过程中液氨的作用是制冷或降温．
（5）甲与少量H₂SO₄溶液反应只得到H₂SiO₃和盐M两种产物，写出该反应的离子方程式Si₃N₄+4H⁺+9H₂O=3H₂SiO₃↓+4NH₄⁺．请设计验证产物盐M的实验方案取少量滤液于试管中，先加稀盐酸无现象，再加氯化钡溶液，有白色沉淀生成；另取少量滤液于试管中，加入氢氧化钠固体（或浓溶液）并加热，产生的气体能使湿润的红色石蕊试纸（或pH试纸）变蓝色，则说明盐M是（NH₄）₂SO₄．

Answer 1

分析 由于甲的摩尔质量为140g•mol^-1，其中硅元素的质量分数为60%，则分子中含有硅的原子数=$\frac{140×60%}{28}$=3，已知1mol NH₃与足量的化合物乙充分反应后可得到35g 甲与6g H₂．化合物甲中除了含有硅元素还含有N元素，含1molN元素时质量为14g，则每mol甲中含有N原子数=140÷35=4，4个N原子和3个Si原子的相对原子质量之和为3×28+4×14=140，所以甲的化学式为Si₃N₄，而1molNH₃中含有3g氢元素，结合化学反应中的元素质量守恒得到乙中含有Si，H两种元素，含硅元素$\frac{35}{140}$×3=0.75mol，含H原子3mol，n（Si）：n（H）=0.75：3=1：4，乙的化学式为SiH₄，
（1）乙是SiH₄属于共价化合物，硅原子和四个氢原子形成四个共用电子对，元素非金属性N＞Si，元素非金属性越强对应氢化物稳定性越强；
（2）NH₃和足量乙反应制备甲，同时生成氢气，结合原子守恒配平书写化学方程式；
（3）合成炉内Mg和Si反应生成Mg₂Si需要在保护气氛下高温生成，则可作保护气物质不能发生反应，
A、O₂与Mg、Si发生反应，不能作保护气；
B、H₂与物质都不反应可以作保护气’
C、N₂与Mg反应生成Mg₃N₂，不能作保护气；
D、二氧化碳和镁发生反应生成氧化镁和碳，不能作保护气；
E、Ar是稀有气体，和任何物质不发生反应，可以作保护气；
（4）在上述生产过程中，液氨的作用是制冷或降温，防止物质分解；
（5）甲与少量H₂SO₄溶液反应只得到H₂SiO₃和盐M两种产物，结合元素守恒应为硫酸铵，反应的离子方程式为：Si₃N₄+4H⁺+9H₂O=3H₂SiO₃+4NH₄⁺，检验盐M的实验方案是设计实验检验铵根离子和硫酸根离子的存在分析判断．

解答 解：由于甲的摩尔质量为140g•mol^-1，其中硅元素的质量分数为60%，则分子中含有硅的原子数=$\frac{140×60%}{28}$=3，已知1mol NH₃与足量的化合物乙充分反应后可得到35g 甲与6g H₂．化合物甲中除了含有硅元素还含有N元素，含1molN元素时质量为14g，则每mol甲中含有N原子数=140÷35=4，4个N原子和3个Si原子的相对原子质量之和为3×28+4×14=140，所以甲的化学式为Si₃N₄，而1molNH₃中含有3g氢元素，结合化学反应中的元素质量守恒得到乙中含有Si，H两种元素，含硅元素$\frac{35}{140}$×3=0.75mol，含H原子3mol，n（Si）：n（H）=0.75：3=1：4，乙的化学式为SiH₄，
（1）乙是SiH₄属于共价化合物，硅原子和四个氢原子形成四个共用电子对，电子式为：，元素非金属性N＞Si，元素非金属性越强对应氢化物稳定性越强，所以稳定性SiH₄＜NH₃，
故答案为：；＜；
（2）NH₃和足量乙反应制备甲，同时生成氢气，结合原子守恒配平书写化学方程式，3SiH₄+4NH₃=Si₃N₄+12H₂，
故答案为：3SiH₄+4NH₃=Si₃N₄+12H₂；
（3）合成炉内Mg和Si反应生成Mg₂Si需要在保护气氛下高温生成，则可作保护气物质不能发生反应，
A、O2与Mg、Si发生反应，不能作保护气，故A错误；
B、H₂与物质都不反应可以作保护气，故B正确；
C、N₂与Mg反应生成Mg₃N₂，不能作保护气，故C错误；
D、二氧化碳和镁发生反应生成氧化镁和碳，不能作保护气，故D错误；
E、Ar是稀有气体，和任何物质不发生反应，可以作保护气，故E正确；
故答案为：BE；
（4）液氨挥发为气体需要吸收能量，在上述生产过程中，液氨的作用是制冷或降温，防止物质分解，故答案为：制冷或降温；
（5）甲与少量H₂SO₄溶液反应只得到H₂SiO₃和盐M两种产物，结合元素守恒应为硫酸铵，反应的离子方程式为：Si₃N₄+4H⁺+9H₂O=3H₂SiO₃+4NH₄⁺，检验盐M的实验方案是：取少量滤液于试管中，先加稀盐酸无现象，再加氯化钡溶液，有白色沉淀生成；另取少量滤液于试管中，加入氢氧化钠固体（或浓溶液）并加热，产生的气体能使湿润的色石蕊试纸（或pH试纸）变蓝色，说明含NH₄⁺，则说明盐M是（NH₄）₂SO₄；
故答案为：Si₃N₄+4H⁺+9H₂O=3H₂SiO₃↓+4NH₄⁺；取少量滤液于试管中，先加稀盐酸无现象，再加氯化钡溶液，有白色沉淀生成；另取少量滤液于试管中，加入氢氧化钠固体（或浓溶液）并加热，产生的气体能使湿润的红色石蕊试纸（或pH试纸）变蓝色，说明含NH₄⁺，则说明盐M是（NH₄）₂SO₄．

点评 本题考查了化合物推断、物质的电子式书写，物质稳定性的比较、化学方程式和离子方程式书写方法，离子检验等，掌握基础是解题关键，题目难度中等．