Question

19．氮化硅（Si₃N₄）是一种新型陶瓷材料，它可用石英与焦炭在高温的氮气流中反应制得：
3SiO₂+6 C+2 N₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$1Si₃N₄+6CO．
根据题意完成下列各题：
（1）配平上述化学反应方程式．
（2）为了保证石英和焦炭尽可能多的转化，氮气要适当过量．某次反应用了20mol氮气，反应生成了5mol一氧化碳，则反应中转移电子数为10N_A
（3）分析反应可推测碳、氮气的氧化性：C＜N₂（填“＞”“＜”“=”）．
（4）氮化硅陶瓷的机械强度高，硬度接近于刚玉（Al₂O₃），热稳定性好，化学性质稳定．以下用途正确的是AC．
A．可以在冶金工业上制成坩埚、铝电解槽衬里等热工设备
B．在电子工业上制成耐高温的电的良导体
C．研发氮化硅的全陶发动机替代同类型金属发动机
D．氮化硅陶瓷的开发，将受到资源的限制，发展前途暗淡．

Answer 1

分析 （1）由产物CO可知，SiO₂与C化学计量数之比为1：2 由产物Si₃N₄可知SiO₂与N₂化学计量数之比为3：4，所以SiO₂、C+、N₂化学计量数之比为3：6：4，令SiO₂的化学计量数为3，结合元素守恒可知Si₃N₄、CO化学计量数分别为1、6．
（2）反应中只有C元素的化合价升高，氮气有剩余，根据CO计算电子转移，C元素化合价由0价升高为+2价，转移电子的物质的量为CO的2倍．
（3）反应中N₂作氧化剂，C是还原剂，N₂将C氧化．
（4）由信息可知，氮化硅机械强度高，硬度大，热稳定性好，化学性质稳定，氮化硅属于原子晶体，不是电的良导体，制备氮化硅的资源丰富，自然界中有大量的氮气与二氧化硅，具有广阔的发展前景．

解答 解：（1）由产物CO可知，SiO₂与C化学计量数之比为1：2 由产物Si₃N₄可知SiO₂与N₂化学计量数之比为3：2，所以SiO₂、C、N₂化学计量数之比为3：6：2，令SiO₂的化学计量数为3，C、N₂化学计量数分别为6、2，结合元素守恒可知Si₃N₄、CO化学计量数分别为1、6，配平后方程式为3SiO₂+6C+2N₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ Si₃N₄+6CO．
故答案为：3、6、2、1、6；
（2）反应中只有C元素的化合价升高，氮气有剩余，根据CO计算电子转移，C元素化合价由0价升高为+2价，转移电子的物质的量为CO的2倍，所以反应中转移电子数为5mol×2×N_Amol^-1=10N_A．
故答案为：10；
（3）反应中N₂作氧化剂，C是还原剂，N₂将C氧化为CO，所以氧化性C＜N₂，故答案为：＜；
（4）A、氮化硅热稳定性好，可以用于热工设备，故A正确；
B、氮化硅属于原子晶体，不是电的良导体，故B错误；
C、氮化硅机械强度高，硬度大，可以替代同类型金属发动机，故C正确；
D、制备氮化硅的资源丰富，具有广阔的发展前景，故D错误．
故选：AC．

点评 本题考查氧化还原反应配平及计算、氧化性还原性比较、晶体结构与性质等，难度中等，注意掌握化学方程式常用的配平方法．