题目内容
碳化硅（SiC）、氧化铝（Al2O3） 和氮化硅（Si3N4）是优良的高温结构陶瓷，在工业生产和科技领域有重要用途．
（1）Al的原子结构示意图为 ；Al与NaOH溶液反应的离子方程式为
．
（2）氮化硅抗腐蚀能力很强，但易被氢氟酸腐蚀，氮化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和一种铵盐，其反应方程式为 ．
（3）工业上用化学气相沉积法制备氮化硅，其反应如下：
3SiCl4（g）+2N2（g）+6H2（g）
Si3N4（s）+12HCl（g）△H＜0
某温度和压强条件下，分别将0.3mol SiCl4（g）、0.2mol N2（g）、0.6mol H2（g）充入2L密闭容器内，进行上述反应，5min达到平衡状态，所得Si3N4（s）的质量是5.60g．
①H2的平均反应速率是 mol/（L?min）．
②平衡时容器内N2的浓度是 mol?L-1．
③SiCl4（g）的转化率是 ．
④若按n（SiCl4）：n（N2）：n（H2）=3：2：6的投料配比，向上述容器不断扩大加料，SiCl4（g）的转化率应 （填“增大”、“减”或“不变”）．
⑤工业上制备纯硅反应的热化学方程式如下：
SiCl4（g）+2H2（g）═Si（s）+4HCl（g）；△H=+QkJ?mol-1（Q＞0）
某温度、压强下，将一定量的反应物通入密闭容器进行以上的反应（此条件下为可逆反应），下列叙述正确的是
A．反应过程中，若增大压强能提高SiCl4的转化率
B．若反应开始时SiCl4为1mol，则达到平衡时，吸收热量为QkJ
C．当反应吸收热量为0.025QkJ时，生成的HCl通入100mL1mol?L-1的NaOH恰好反应
D．反应至4min时，若HCl的浓度为0.12mol?L-1，则H2的反应速率为0.03mol/（L?min）
（1）Al的原子结构示意图为
（2）氮化硅抗腐蚀能力很强，但易被氢氟酸腐蚀，氮化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和一种铵盐，其反应方程式为
（3）工业上用化学气相沉积法制备氮化硅，其反应如下：
3SiCl4（g）+2N2（g）+6H2（g）
| 高温 |
某温度和压强条件下，分别将0.3mol SiCl4（g）、0.2mol N2（g）、0.6mol H2（g）充入2L密闭容器内，进行上述反应，5min达到平衡状态，所得Si3N4（s）的质量是5.60g．
①H2的平均反应速率是
②平衡时容器内N2的浓度是
③SiCl4（g）的转化率是
④若按n（SiCl4）：n（N2）：n（H2）=3：2：6的投料配比，向上述容器不断扩大加料，SiCl4（g）的转化率应
⑤工业上制备纯硅反应的热化学方程式如下：
SiCl4（g）+2H2（g）═Si（s）+4HCl（g）；△H=+QkJ?mol-1（Q＞0）
某温度、压强下，将一定量的反应物通入密闭容器进行以上的反应（此条件下为可逆反应），下列叙述正确的是
A．反应过程中，若增大压强能提高SiCl4的转化率
B．若反应开始时SiCl4为1mol，则达到平衡时，吸收热量为QkJ
C．当反应吸收热量为0.025QkJ时，生成的HCl通入100mL1mol?L-1的NaOH恰好反应
D．反应至4min时，若HCl的浓度为0.12mol?L-1，则H2的反应速率为0.03mol/（L?min）
考点：镁、铝的重要化合物,化学平衡的影响因素,化学平衡的计算
专题：基本概念与基本理论,元素及其化合物
分析：（1）Al原子核外电子数为13，有3个电子层，各层电子数为2、8、3，据此书写结构示意图；
铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠与氢气，据此书写；
（2）氮化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和一种铵盐，该铵盐为氟化铵，据此书写；
（3）①根据n=
，计算5.60gSi3N4的物质的量，根据方程式计算参加反应的氢气的物质的量，利用v=
计算v（H2）；
②根据方程式计算参加反应的氮气的物质的量，计算平衡时氮气的物质的量，利用c=
计算氮气的平衡浓度；
③根据方程式计算参加反应的SiCl4（g）物质的量，根据转化率定义计算SiCl4的转化率；
④按n（SiCl4）：n（N2）：n（H2）=3：2：6的投料配比，向上述容器不断扩大加料，等效为增大压强，该反应正反应是气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应移动，据此判断；
⑤根据化学平衡的移动分析．
铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠与氢气，据此书写；
（2）氮化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和一种铵盐，该铵盐为氟化铵，据此书写；
（3）①根据n=
| m |
| M |
| △n/v |
| △t |
②根据方程式计算参加反应的氮气的物质的量，计算平衡时氮气的物质的量，利用c=
| n |
| v |
③根据方程式计算参加反应的SiCl4（g）物质的量，根据转化率定义计算SiCl4的转化率；
④按n（SiCl4）：n（N2）：n（H2）=3：2：6的投料配比，向上述容器不断扩大加料，等效为增大压强，该反应正反应是气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应移动，据此判断；
⑤根据化学平衡的移动分析．
解答：
解：（1）Al为13号元素，其核外电子数为13，3个电子层，分别为2、8、3结构，其原子结构示意图为 
；Al既能与酸反应，又能与强碱反应，它与NaOH溶液反应的方程式为：2Al+2NaOH+H2O=2NaAlO2+3H2↑，离子方程式为：2Al+2OH-+H2O=2AlO2-+3H2↑；
故答案为：
；2Al+2OH-+H2O=2AlO2-+3H2↑；
（2）氮化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和一种铵盐，根据原子守恒推知：该铵盐为氟化铵，反应方程式为：Si3N4+16HF=4NH4F+3SiF4，
故答案为：Si3N4+16HF=4NH4F+3SiF4；
（3）5.60gSi3N4的物质的量：n=
=
=0.04mol，
3SiCl4（g）+2N2（g）+6H2（g）
Si3N4（s）+12HCl（g）△H＜0
3mol 2mol 6mol 1mol
0.12mol 0.08mol 0.24mol 0.04mol
①根据方程式可知参加反应的氢气的物质的量为0.04mol×6=0.24mol，氢气的物质的量浓度变化△C（H2）=
=
=0.12mol/L，H2的平均反应速率V=
=
=0.024mol/（L?min）；
故答案为：0.024；
②根据方程式可知到平衡时，参加反应的氮气的物质的量为0.04mol×2=0.08mol，平衡时氮气的物质的量0.2mol-0.08mol=0.12mol，故氮气的平衡浓度：C=
=
=0.06mol/L；
故答案为：0.06；
③根据方程式可知参加反应的SiCl4（g）物质的量为0.04mol×3=0.12mol，故SiCl4的转化率为
×100%=
×100%=40%；
故答案为：40%；
④按n（SiCl4）：n（N2）：n（H2）=3：2：6的投料配比，向上述容器不断扩大加料，与原平衡投料配比相同，等效为增大压强，该反应正反应是气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应移动，SiCl4（g）的转化率减小；
故答案为：减小；
⑤工业上制备纯硅反应的热化学方程式如下：SiCl4（g）+2H2（g）═Si（s）+4HCl（g）；△H=+QkJ?mol-1（Q＞0），某温度、压强下，将一定量的反应物通入密闭容器进行以上的反应（此条件下为可逆反应），
A．反应过程中，若增大压强，平衡向你反应方向移动，SiCl4的转化率降低；故A错误；
B．若反应开始时SiCl4为1mol，该为可逆反应，则达到平衡时，反应的SiCl4应小于1mol；故吸收热量应小于QkJ；故B错误；
C．SiCl4（g）+2H2（g）═Si（s）+4HCl（g）；△H=+QkJ?mol-1（Q＞0）
4mol QkJ
0.1mol 0.025QkJ
当反应吸收热量为0.025QkJ时，生成的HCl为0.1mol，通入100mL1mol?L-1的NaOH恰好反应；故C正确；
D．SiCl4（g）+2H2（g）═Si（s）+4HCl（g）；△H=+QkJ?mol-1（Q＞0）
0.06mol?L-1 0.12mol?L-1
反应至4min时，若HCl的浓度为0.12mol?L-1，则反应的H2的浓度为：0.06mol?L-1，氢气的反应速率V（H2）=
=
=0.015mol/（L?min）；故D错误；
故答案为：C．
；Al既能与酸反应，又能与强碱反应，它与NaOH溶液反应的方程式为：2Al+2NaOH+H2O=2NaAlO2+3H2↑，离子方程式为：2Al+2OH-+H2O=2AlO2-+3H2↑；故答案为：
；2Al+2OH-+H2O=2AlO2-+3H2↑； （2）氮化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和一种铵盐，根据原子守恒推知：该铵盐为氟化铵，反应方程式为：Si3N4+16HF=4NH4F+3SiF4，
故答案为：Si3N4+16HF=4NH4F+3SiF4；
（3）5.60gSi3N4的物质的量：n=
| m |
| M |
| 5.6g |
| 140g/mol |
3SiCl4（g）+2N2（g）+6H2（g）
| 高温 |
3mol 2mol 6mol 1mol
0.12mol 0.08mol 0.24mol 0.04mol
①根据方程式可知参加反应的氢气的物质的量为0.04mol×6=0.24mol，氢气的物质的量浓度变化△C（H2）=
| n |
| v |
| 0.24mol |
| 2L |
| △C(H2) |
| △T |
| 0.12mol/L |
| 5min |
故答案为：0.024；
②根据方程式可知到平衡时，参加反应的氮气的物质的量为0.04mol×2=0.08mol，平衡时氮气的物质的量0.2mol-0.08mol=0.12mol，故氮气的平衡浓度：C=
| n |
| v |
| 0.12mol |
| 2L |
故答案为：0.06；
③根据方程式可知参加反应的SiCl4（g）物质的量为0.04mol×3=0.12mol，故SiCl4的转化率为
| n(反应) |
| n(总) |
| 0.12mol |
| 0.3mol |
故答案为：40%；
④按n（SiCl4）：n（N2）：n（H2）=3：2：6的投料配比，向上述容器不断扩大加料，与原平衡投料配比相同，等效为增大压强，该反应正反应是气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应移动，SiCl4（g）的转化率减小；
故答案为：减小；
⑤工业上制备纯硅反应的热化学方程式如下：SiCl4（g）+2H2（g）═Si（s）+4HCl（g）；△H=+QkJ?mol-1（Q＞0），某温度、压强下，将一定量的反应物通入密闭容器进行以上的反应（此条件下为可逆反应），
A．反应过程中，若增大压强，平衡向你反应方向移动，SiCl4的转化率降低；故A错误；
B．若反应开始时SiCl4为1mol，该为可逆反应，则达到平衡时，反应的SiCl4应小于1mol；故吸收热量应小于QkJ；故B错误；
C．SiCl4（g）+2H2（g）═Si（s）+4HCl（g）；△H=+QkJ?mol-1（Q＞0）
4mol QkJ
0.1mol 0.025QkJ
当反应吸收热量为0.025QkJ时，生成的HCl为0.1mol，通入100mL1mol?L-1的NaOH恰好反应；故C正确；
D．SiCl4（g）+2H2（g）═Si（s）+4HCl（g）；△H=+QkJ?mol-1（Q＞0）
0.06mol?L-1 0.12mol?L-1
反应至4min时，若HCl的浓度为0.12mol?L-1，则反应的H2的浓度为：0.06mol?L-1，氢气的反应速率V（H2）=
| △C(H2) |
| △T |
| 0.06mol?L-1 |
| 4min |
故答案为：C．
点评：本题主要考查铝的原子结构、单质的性质、化学平衡的有关计算等知识点，难度中等，要注意掌握有关计算方法．
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