Question

7．氮和硅均是自然界含量非常丰富的元素．
（1）氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si₃N₄
（2）向大气中排放NO_x可能导致的环境问题有酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏（任一点均可）．（任答一点）用足量NaOH溶液能完全吸收NO₂生成NaNO₂、NaNO₃和H₂O₂．试写出该反应的离子方程式：2NO₂+2OH^-═NO₃^-+NO₂^-+H₂．
（3）高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料．工业上提纯硅有多种技术路线，其中一种工艺流程如图1：

①电弧炉中发生的主要反应的化学方程式为SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiC+2CO↑．
②在流化床反应的产物中，SiHCl₃大约占85%，还有SiCl₄、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl₃的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和精馏（或蒸馏）．

物质	Si	SiCl4	SiHCl3	SiH2Cl2	SiH3Cl	HCl	SiH4
沸点/℃	2355	57.6	31.8	8.2	-30.4	-84.9	-111.9

（4）“硅能源”有望成为二十一世纪的新能源．1mol硅完全燃烧能放出910kJ的热量，写出该反应的热化学方程式：Si_（S）+O_2（g）═SiO_2（S）△H=-910KJ/mol；与“氢能源”比较“硅能源”具有的优点是产物不污染环境，储存、运输方便．
（5）工业上常利用甲醇部分氧化法制备氢气．在一定温度下以Ag/CeO₂-SiO₂为催化剂时原料气比例对反应选择性（选择性越大，表示生成的该物质越多）影响关系如图2所示．则当$\frac{n（{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$=0.25时，CH₃OH与O₂发生的主要反应方程式为2CH₃OH+O₂$→_{△}^{催化剂}$2HCHO+2H₂O；当$\frac{n（{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$＞0.5时，H₂选择性下降的原因氧气过量，与氢气反应生成水．

Answer 1

分析 （1）根据氮化硅中各元素的原子最外层达到8电子稳定结构分析；
（2）氮氧化物与水反应生成硝酸，能形成酸雨，此外还形成光化学烟雾、臭氧层破坏；NO₂在碱性条件下自身发生氧化还原反应生成硝酸钠和亚硝酸钠；
（3）①石英砂主要成分为二氧化硅，二氧化硅和碳在高温的条件下反应生成碳化硅和一氧化碳；
②根据题中数据，采用精馏（或蒸馏）方法提纯SiHCl₃；
（4）根据1mol硅完全燃烧能放出910kJ的热量书写热化学方程式，“硅能源”具有环保及储存、运输方便的特点；
（5）当n（O₂）/n（CH₃OH）=0.25时，CH₃OH与O₂发生的主要反应为甲醇的催化氧化生成甲醛；n（O₂）/n（CH₃OH）＞0.5时，氧气过量，与氢气反应生成水；

解答 解：（1）氮化硅中各元素的原子最外层达到8电子稳定结构，Si原子最外层电子数为4，N原子最外层电子数为5，要形成8电子稳定结构，则应有二者个数比值为3：4，其化学式为Si₃N₄，
故答案为：Si₃N₄；
（2）氮氧化物与水反应生成硝酸，能形成酸雨，此外还形成光化学烟雾、臭氧层破坏；NO₂在碱性条件下自身发生氧化还原反应生成硝酸钠和亚硝酸钠，反应的离子方程式为：2NO₂+2OH^-═NO₃^-+NO₂^-+H₂O，
故答案为：酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏（任一点均可）；2NO₂+2OH^-═NO₃^-+NO₂^-+H₂O；
（3）①石英砂的主要成分是二氧化硅，在反应中生成碳化硅，反应为：SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiC+2CO↑，
故答案为：SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiC+2CO↑；
②利用沸点的不同提纯SiHCl₃属于蒸馏，SiHCl₃（沸点33.0℃）中含有少量SiCl₄（沸点57.6℃）和SiH₂Cl₂（沸点8.2℃），SiH₃Cl（沸点-30.4℃），由于沸点差别较大，可以通过精馏（或蒸馏）除去杂质，
故答案为：精馏（或蒸馏）；
（4）1mol硅完全燃烧能放出910kJ的热量，热反应方程式为：Si_（S）+O_2（g）═SiO_2（S）△H=-910KJ/mol，硅为固体，则“硅能源”具有产物不污染环境及储存、运输方便的特点，
故答案为：Si_（S）+O_2（g）═SiO_2（S）△H=-910KJ/mol；产物不污染环境，储存、运输方便；
（5）根据图象可知，当n（O₂）/n（CH₃OH）=0.25时，CH₃OH与O₂发生的主要反应为甲醇的催化氧化生成甲醛，反应的方程式为：2CH₃OH+O₂$→_{△}^{催化剂}$2HCHO+2H₂O，n（O₂）/n（CH₃OH）＞0.5时，氧气过量，与氢气反应生成水，H₂选择性下降，
故答案为：2CH₃OH+O₂$→_{△}^{催化剂}$2HCHO+2H₂O；氧气过量，与氢气反应生成水；

点评 本题考查较综合，侧重考查了氮和硅及其化合物的有关知识，注意粗硅的提纯反应原理，注意图象正确分析，题目难度中等．