Question

12．新型无机非金属材料甲和乙均是高温陶瓷材料，硬度大、熔点高、化学性质稳定．甲、乙分别由原子序数依次增大的X、Y、Z三种短周期元素中的两种组成．甲与NaOH浓溶液共热生成气体丙和化合物丁，丙在标准状况下的密度为0.76g•L^-1，在丁溶液中滴加盐酸至过量，先生成白色沉淀后溶解．Z元素的氧化物是制造光导纤维的主要材料，在1300℃～1400℃的条件下，0.1mol的X单质与4.2g的Z单质恰好反应制得乙．请回答下列问题：
（1）乙的化学式为Si₃N₄；丙的电子式为．
（2）甲与NaOH浓溶液共热的化学方程式为AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑．
（3）高温条件下，丙与Fe₂O₃反应生成Fe和X单质，写出该反应的化学方程式为2NH₃+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3H₂O+N₂，有人提出生成的产物Fe中可能还有FeO，请设计实验方案验证之（用化学方法）取样品少许，溶于足量的CuSO₄溶液，充分反应后，过滤所得的滤渣溶于稀盐酸，滴加硫氰化钾溶液，没有明显现象，再滴加氯水，若溶液呈红色，则证明有FeO生成．
（4）工业上在X单质的气氛下将Z的氧化物和焦炭加热到1400℃～1450℃的条件下以制备乙，反应中还生成一种常见的可燃性气体戊，该反应的化学方程式为3SiO₂+2N₂+6C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si₃N₄+6CO．

Answer 1

分析 丙在标准状况下的密度为0.76g•L^-1，丙的摩尔质量为0.76g•L^-1×22.4L/mol≈17g/mol，则丙为NH₃，则甲中含有N元素；在丁溶液中滴加盐酸至过量，先生成白色沉淀后溶解，说明丁中含有铝元素，则甲中含有Al元素，所以甲为AlN，丁为NaAlO₂；Z元素的氧化物是制造光导纤维的主要材料，所以Z为Si元素，而X、Y、Z三种短周期元素且原子序数依次增大，所以X为N、Y为Al；在1300℃～1400℃的条件下，0.1mol的X单质与4.2g的Z单质恰好反应制得乙，即0.1mol氮气与0.15molSi反应，生成的乙中氮原子与硅原子个数之比为：0.2：0.15=4：3，所以乙的化学式为Si₃N₄，据此解答．

解答 解：丙在标准状况下的密度为0.76g•L^-1，丙的摩尔质量为0.76g•L^-1×22.4L/mol≈17g/mol，则丙为NH₃，则甲中含有N元素；在丁溶液中滴加盐酸至过量，先生成白色沉淀后溶解，说明丁中含有铝元素，则甲中含有Al元素，所以甲为AlN，丁为NaAlO₂；Z元素的氧化物是制造光导纤维的主要材料，所以Z为Si元素，而X、Y、Z三种短周期元素且原子序数依次增大，所以X为N、Y为Al；在1300℃～1400℃的条件下，0.1mol的X单质与4.2g的Z单质恰好反应制得乙，即0.1mol氮气与0.15molSi反应，生成的乙中氮原子与硅原子个数之比为：0.2：0.15=4：3，所以乙的化学式为Si₃N₄．
（1）由上述分析可知，乙的化学式为Si₃N₄；丙为NH₃，电子式为：，
故答案为：Si₃N₄；；
（2）甲为AlN，AlN与NaOH浓溶液共热生成了氨气和偏铝酸钠，反应的化学方程式为：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，
故答案为：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑；
（3）丙为氨气，X的单质为氮气，高温条件下，氨气与Fe₂O₃反应生成Fe和氮气单质，反应的化学方程式为：2NH₃+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3H₂O+N₂；
产物Fe中可能还有FeO，需要先除掉铁，然后用盐酸溶解，再检验是否含有亚铁离子，检验方法为：取样品少许，溶于足量的CuSO₄溶液，充分反应后，过滤所得的滤渣溶于稀盐酸，滴加硫氰化钾溶液，没有明显现象，再滴加氯水，若溶液呈红色，则证明有FeO生成，
故答案为：2NH₃+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3H₂O+N₂；取样品少许，溶于足量的CuSO₄溶液，充分反应后，过滤所得的滤渣溶于稀盐酸，滴加硫氰化钾溶液，没有明显现象，再滴加氯水，若溶液呈红色，则证明有FeO生成；
（4）X的单质为N₂，Z的氧化物为SiO₂，工业上在N₂的气氛下将SiO₂和焦炭加热到1400℃～1450℃的条件下以制备Si₃N₄，反应中还生成一种常见的可燃性气体戊，根据原子守恒，可燃性气体中含有C，所以为CO，该反应的化学方程式为：3SiO₂+2N₂+6C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si₃N₄+6CO，
故答案为：3SiO₂+2N₂+6C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si₃N₄+6CO．

点评 本题考查了无机物的推断，题目难度较大，注意从气体丙的密度及丁中加入盐酸反应信息进行推断，试题培养了学生的分析理解能力及灵活应用所学知识的能力．