Question

7．高中化学教材介绍了钠、镁、铝、铁、氯、硫、氮、硅等元素及其化合物的知识，（1）以上元素中在自然界有游离态存在的是N、S、Fe元素（填元素符号）．
（2）离子交换膜是一类具有离子交换功能的高分子材料．一容器被离子交换膜分成左右两部分，如图所示．
①若交换膜为阳离子交换膜（只允许离子自由通过），左边充满盐酸酸化的H₂O₂溶液，右边充满滴有KSCN溶液的FeCl₂溶液，则左边发生反应的离子方程式为2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2H₂O+2Fe³⁺，一段时间后右边观察到的现象溶液变为血红色．
②若该交换膜为阴离子交换膜（只允许阴离子自由通过），左边充满含2molNH₄Fe（SO₄）₂的溶液，右边充满含4molBa（OH）₂的溶液，当有3.5molSO₄^2-通过交换膜时（若反应迅速完成），则左右两边生成沉淀的物质的量之比为4：：7，左边发生反应的离子方程式为2Fe³⁺+NH₄⁺+7OH^-=2Fe（OH）₃↓+NH₃•H₂O．
（3）氮化硅（Si₃N₄）是一种重要的结构陶瓷材料．
①氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应，该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式为Si₃N₄+16HF=3SiF₄↑+4NH₄F．
②现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅及氯化氢，反应的化学方程式为3SiCl₄+2N₂+6H₂$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl．

Answer 1

分析 （1）N、S、Fe在自然界中有游离态存在，Na、Mg、Al、Cl、Si在自然界中全部以化合态存在；
（2）亚铁离子通过阳离子交换膜进入左边被盐酸酸化的H₂O₂氧化，铁离子通过阳离子交换膜进入右边与KSCN溶液接触，溶液变成血红色，离子方程式为：2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2H₂O+2Fe³⁺；当有3.5mol SO₄^2-通过交换膜时，根据电荷守恒则有7molOH^-进入左室，铁离子只有2mol，所以左室生成氢氧化铁2mol，剩余1mol氢氧根离子与铵根离子反应生成一水合氨；右室生成3.5mol硫酸钡，则左右两室沉淀的物质的量之比为4：7；
（3）①陶瓷被氢氟酸腐蚀生成四氟化硅和氟化铵；
②四氯化硅和氮气、氢气反应生成氮化硅和氯化氢．

解答 解：（1）Na、Mg、Al、Cl、Si在自然界中全部以化合态存在，N、S、Fe在自然界中有游离态存在，故答案为：N、S、Fe；
（2）①离子交换膜是一类具有离子交换功能的高分子材料．一容器被离子交换膜分成左右两部分，如图所示．若该交换膜为阳离子交换膜（只允许阳离子自由通过），左边充满盐酸酸化的H₂O₂溶液，右边充满滴有KSCN溶液的FeCl₂溶液（足量），亚铁离子通过阳离子交换膜进入左边被盐酸酸化的H₂O₂氧化，铁离子通过阳离子交换膜进入右边与KSCN溶液接触，溶液变成血红色，离子方程式为：2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2H₂O+2Fe³⁺；
故答案为：2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2H₂O+2Fe³⁺；溶液变为血红色；
②若该交换膜为阴离子交换膜（只允许阴离子自由通过），左边充满含2mol  NH₄Fe（SO₄）₂的溶液，右边充满含4mol Ba（OH）₂的溶液，当有3.5mol SO₄^2-通过交换膜时（若反应迅速完全），当有3.5mol SO₄^2-通过交换膜时，根据电荷守恒则有7molOH^-进入左室，铁离子只有2mol，所以左室生成氢氧化铁2mol，剩余1mol氢氧根离子与铵根离子反应生成一水合氨，反应的离子方程式为2Fe³⁺+NH₄⁺+7OH^-=2Fe（OH）₃↓+NH₃•H₂O，右室生成3.5mol硫酸钡，则左右两室沉淀的物质的量之比为4：7；故答案为：4：7；2Fe³⁺+NH₄⁺+7OH^-=2Fe（OH）₃↓+NH₃•H₂O；
（3）①陶瓷被氢氟酸腐蚀生成四氟化硅和氟化铵，反应的化学方程式为：Si₃N₄+16HF=3SiF₄↑+4NH₄F；
故答案为：Si₃N₄+16HF=3SiF₄↑+4NH₄F；
②四氯化硅和氮气、氢气反应生成氮化硅和氯化氢，化学方程式为3SiCl₄+2N₂+6H₂$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl；
故答案为：3SiCl₄+2N₂+6H₂$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl．

点评 本题综合考查了铁、硅及化合物的性质，为高频考点，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，答题数注意把握题干信息和物质性质、方程式书写时应注意依据原子个数守恒配平，题目难度中等．