Question

【題目】硅是構(gòu)成礦物和巖石的主要成分，單質(zhì)硅及其化合物具有廣泛的用途。完成下列填空：

（1）某些硅酸鹽具有篩選分子的功能。一種硅酸鹽的組成為：M2O·R2O3·2SiO2·nH2O，已知元素M、R均位于元素周期表的第3周期，兩元素原子的質(zhì)子數(shù)之和為24。

①寫(xiě)出M原子核外能量最高的電子的電子排布式：___________。

②常溫下，不能與R單質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的是_______（選填序號(hào)）。

a．CuCl2溶液 b．Fe2O3 c．濃硫酸 d．NaOH溶液 e．Na2CO3固體

（2）氮化硅（Si3N4）陶瓷材料硬度大、熔點(diǎn)高�？捎上铝蟹磻�(yīng)制得：SiO2+C+N2Si3N4+CO

①Si3N4中氮元素的化合價(jià)為-3，請(qǐng)解釋Si3N4中氮元素化合價(jià)為負(fù)價(jià)的原因__________________。

②C3N4的結(jié)構(gòu)與Si3N4相似，請(qǐng)比較二者熔點(diǎn)高低，并說(shuō)明理由：______________________。

③配平上述反應(yīng)的化學(xué)方程式，并標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目和方向。_______________。

（3）一種用工業(yè)硅（含少量鐵、銅等金屬的氧化物）制備Si3N4的主要流程如下：

①將工業(yè)硅粉碎的目的是______________________________。

②適量的H2是為了排盡設(shè)備中的空氣，但H2在高溫下也能還原工業(yè)硅中的某些金屬化物。可能是______（選填：“鹽酸”“硝酸”或“硫酸”），理由是_____________________。

Answer 1

【答案】3p1 be 氮元素的非金屬性比硅強(qiáng)，氮原子得電子的能力強(qiáng)于硅原子，因此兩者形成化合物時(shí)，共用電子對(duì)偏向于氮原子，因此Si3N4中氮元素化合價(jià)為負(fù)價(jià) 兩者均為原子晶體，碳原子半徑小于硅原子半徑，因此C3N4中碳原子與氮原子形成的共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)較Si3N4中硅原子與氮原子形成的共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)小，鍵能較大，熔點(diǎn)較高。 無(wú) 增大反應(yīng)物的接觸面積，提高反應(yīng)速率 硝酸 H2在高溫下能將銅的氧化物還原為單質(zhì)銅，單質(zhì)銅與鹽酸和硫酸不反應(yīng)

【解析】

（1）由M2O·R2O3·2SiO2·nH2O可知，M為第IA，R為ⅢA，元素M、R均位于元素周期表的第3周期，兩元素原子的質(zhì)子數(shù)之和為24，M為Na，R為Al。根據(jù)兩元素原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)分析。

（2）①Si3N4中氮元素的化合價(jià)為-3，氮元素的非金屬性比硅強(qiáng)，氮原子得電子的能力強(qiáng)于硅原子；

②C3N4的結(jié)構(gòu)與Si3N4相似，用原子晶體的結(jié)構(gòu)解釋熔點(diǎn)高低；

③根據(jù)氧化還原反應(yīng)化合價(jià)升降總數(shù)相等以及質(zhì)量守恒來(lái)解答；

（3）①將工業(yè)硅粉碎的目的是增大反應(yīng)物的接觸面積，提高反應(yīng)速率；

②鹽酸、稀硫酸均不與Cu反應(yīng)，氮化硅中混有銅粉，為除去混有的Cu，可選擇硝酸，Cu與硝酸反應(yīng)，而氮化硅與硝酸不反應(yīng)。

（1）由M2O·R2O3·2SiO2·nH2O可知，M為第IA，R為ⅢA，元素M、R均位于元素周期表的第3周期，兩元素原子的質(zhì)子數(shù)之和為24，M為Na，R為Al。

①M原子核外能量最高的電子的電子排布式： 3p1 ；

②常溫下，a．Al與CuCl2溶液能將銅置換出來(lái)；b．Al與Fe2O3在高溫反應(yīng)； c．Al與濃硫酸發(fā)生鈍化； d．Al與NaOH溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉； e．Al與Na2CO3固體常溫下不能反應(yīng)；故選be。

（2）①Si3N4中氮元素的化合價(jià)為-3，氮元素的非金屬性比硅強(qiáng)，氮原子得電子的能力強(qiáng)于硅原子，因此兩者形成化合物時(shí)，共用電子對(duì)偏向于氮原子，因此Si3N4中氮元素化合價(jià)為負(fù)價(jià)；

②C3N4的結(jié)構(gòu)與Si3N4相似，用原子晶體的結(jié)構(gòu)解釋熔點(diǎn)高低：兩者均為原子晶體，碳原子半徑小于硅原子半徑，因此C3N4中碳原子與氮原子形成的共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)較Si3N4中硅原子與氮原子形成的共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)小，鍵能較大，熔點(diǎn)較高；

③配平上述反應(yīng)的化學(xué)方程式，并標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目和方向。SiO2+C+N2Si3N4+CO。

Si的化合價(jià)前后未變，N的化合價(jià)由0降為-3，C的化合價(jià)由0升為+2，生成1個(gè)Si3N4化合價(jià)降低12，生成1個(gè)CO化合價(jià)升高2，根據(jù)化合價(jià)升降總數(shù)相等以及質(zhì)量守恒得，3SiO2+6C+2N2 Si3N4+6CO．

標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目和方向：

（3）①將工業(yè)硅粉碎的目的是增大反應(yīng)物的接觸面積，提高反應(yīng)速率；

②鹽酸、稀硫酸均不與Cu反應(yīng)，氮化硅中混有銅粉，為除去混有的Cu，可選擇硝酸，Cu與硝酸反應(yīng)，而氮化硅與硝酸不反應(yīng)。x可能是硝酸， H2在高溫下能將銅的氧化物還原為單質(zhì)銅，單質(zhì)銅與鹽酸和硫酸不反應(yīng)。