Question

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。宇宙火箭和导弹中，大量用钛代替钢铁。

(1)Al的离子结构示意图为                  ；

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) + x N₂(g) + 6 H₂(g)   Si₃N₄(s) + 12 HCl(g)   △H＜0  

在恒温、恒容时，分别将0.3mol SiCl₄(g)、0.2mol N₂(g)、0.6mol H₂(g)充入2 L密闭容器内，进行上述反应，5 min达到平衡状态，所得HCl(g)为0.3mol/L、 N₂为0.05 mol/L

① H₂的平均反应速率是                       

② 反应前与达到平衡时容器内的压强之比=           

③ 系数 x =     

(4)已知：TiO₂(s)＋2Cl₂(g)===TiCl₄(l)＋O₂(g)  ΔH₁＝＋140 kJ·mol^－1

C(s)＋O₂(g)=== CO(g)    ΔH₂ ＝－110 kJ·mol^－1

写出TiO₂和焦炭、氯气反应生成TiCl₄和CO气体的热化学方程式：

                                                                              。

 

Answer 1

【答案】

（共10分）（1）（1分）   2Al +2OH^-+2H₂O＝2AlO₂ + 3H₂↑  (2分）

（2）Si₃N₄ +16HF＝3SiF₄ + 4NH₄F （2分）

（3）①0.03mol／(L·min)  ②11:12  ③x=2    （1分/空，若没有带单位不得分）

（4）TiO₂(s)＋2Cl₂(g)+2 C(s) ===TiCl₄(l)＋ 2 CO(g)    ΔH ＝ - 80 kJ·mol^－1(2分）

【解析】

试题分析：(1)铝离子的核外电子数是8个，所以离子结构示意图为。金属铝能和氢氧化钠溶液反应生成氢气和偏铝酸钠，反应的离子方程式是2Al +2OH^-+2H₂O＝2AlO₂ + 3H₂↑。

（2）氮化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和一种铵盐，则根据原子守恒可知，该铵盐应该是氟化氨，因此反应的化学方程式是Si₃N₄ +16HF＝3SiF₄ + 4NH₄F。

（3）            3SiCl₄(g) + x N₂(g) + 6 H₂(g)   Si₃N₄(s) + 12 HCl(g)

起始量（mol）    0.3        0.2       0.6                0         0

转化量（mol/L）  0.15       0.05x     0.3               0.05       0.6

平衡量（mol/L）  0.15     0.2－0.05x  0.3               0.05       0.6

则① H₂的平均反应速率是＝0.03mol／(L·min)

② 反应前与达到平衡时容器内的压强之比是

③0.2－0.05x＝0.1

解得x＝2

（4）根据盖斯定律可知，①＋②×2即得到反应TiO₂(s)＋2Cl₂(g)+2 C(s) ===TiCl₄(l)＋ 2 CO(g)，所以该反应的反应热ΔH ＝140 kJ/mol -110 kJ/mol×2＝－80 kJ·mol

考点：考查离子结构示意图、方程式的书写，反应速率、反应热的有关计算

点评：该题是高考中的常见题型，属于中等难度的试题。试题基础性强，在注重考查学生基础知识的同时，侧重考查学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力。有助于培养学生的逻辑推理能力，和规范的答题能力。