Question

（2013?房山区一模）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

2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑

．
（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

Si₃N₄+16HF=4NH₄F+3SiF₄

．
（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

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

0.024

 mol/（L?min）．
②平衡时容器内N₂的浓度是

0.06

mol?L^-1．
③SiCl₄（g）的转化率是

40%

．
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

减小

（填“增大”、“减”或“不变”）．
⑤在不改变反应条件的情况下，为了提高SiCl₄（g）的转化率，可通过改变投料配比的方式来实现．下列四种投料方式，其中可行的是

AB

．

选项	投料方式
A	n（SiCl4）：n（N2）：n（H2）=1：1：2
B	n（SiCl4）：n（N2）：n（H2）=1：2：2
C	n（SiCl4）：n（N2）：n（H2）=3：2：2
D	n（SiCl4）：n（N2）：n（H2）=2：1：3

Answer 1

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=

m

M

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=

△n V

△t

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=

n

V

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在SiCl₄物质的量不变的情况下，增大N₂、H₂的物质的量，使平衡向正反应移动，SiCl₄的转化率增大，结合选项中比例关系计算N₂、H₂的物质的量，与原平衡比较判断．
原平衡n（SiCl₄）：n（N₂）：n（H₂）=0.3mol：0.2mol：0.6mol=3：2：6，在此比例关系中增大N₂、H₂．

解答：解：（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，结构示意图为，
铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠与氢气，反应离子方程式为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案为：；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，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）①5.60gSi₃N₄的物质的量为

5.6g

140g/mol

=0.04mol，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，故v（H₂）=

0.24mol 2L

5min

=0.024mol/（L?min），故答案为：0.024；
②根据方程式可知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，故氮气的平衡浓度为

0.12mol

2L

=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

0.12mol

0.3mol

×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在SiCl₄物质的量不变的情况下，增大N₂、H₂的物质的量，使平衡向正反应移动，SiCl₄的转化率增大，
A、n（SiCl₄）：n（N₂）：n（H₂）=1：1：2，n（SiCl₄）=0.3mol，则n（N₂）=0.3mol，n（H₂）=0.6mol，N₂的物质的量增大，平衡向正反应移动，SiCl₄的转化率增大，故A正确；
B、n（SiCl₄）：n（N₂）：n（H₂）=1：2：2，n（SiCl₄）=0.3mol，则n（N₂）=0.6mol，n（H₂）=0.6mol，N₂的物质的量增大，平衡向正反应移动，SiCl₄的转化率增大，故B正确；
C、n（SiCl₄）：n（N₂）：n（H₂）=3：2：2，n（SiCl₄）=0.3mol，则n（N₂）=0.2mol，n（H₂）=0.4mol，H₂的物质的量降低，平衡向逆反应移动，SiCl₄的转化率减小，故C错误；
D、n（SiCl₄）：n（N₂）：n（H₂）=2：1：3，n（SiCl₄）=0.3mol，则n（N₂）=0.15mol，n（H₂）=0.45mol，N₂、H₂的物质的量都减小，平衡向逆反应移动，SiCl₄的转化率减小，故D错误；
故答案为：AB．

点评：本题主要考查化学平衡的有关计算、影响化学平衡的因素等，难度中等，注意（3）中⑤利用控制变量法进行分析．