Question

10．硅元素的化合物有多種．
回答下列問題：
（1）SiH₄的沸點比CH₄高，原因是二者是結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，SiH₄的分子量比CH₄的分子量大，范德華力大，所以沸點比CH₄高．
（2）硅與碳同主族，也有系列氫化物，但硅院在種類和數(shù)量上都遠不如烷烴多．根據(jù)下表中所列鍵能數(shù)據(jù)，簡要分析可能的原因Si-Si的鍵能比C-C小，Si-H的鍵能也比C-H小，更容易斷裂，所以硅烷的種類和數(shù)量都比烷烴少．

化學鍵	C-C	C-H	Si-Si	Si-H
鍵能/（kJ•mol-1）	356	413	226	318

氮化硅（Si₃N₄）是一種重要的陶瓷材料，可用石英與焦炭在800℃的氮氣氣氛下合成：
3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g） $\stackrel{高溫}{?}$Si₃N₄（s）+6CO（g）
（3）標出上述反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目和方向．
（4）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{{C}^{6}（CO）}{C（{N}_{2}）}$．已知平衡常數(shù)：K（800℃）＞K（850℃），則反 應(yīng)是放熱反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）．
（5）任寫兩種能提高二氧化硅轉(zhuǎn)化率的措施降溫、減小壓強．
（6）一定溫度下，在2L密閉容器內(nèi)，充入一定量的反應(yīng)物，5分鐘時達到平衡，測得容器內(nèi)氣體增加了0.4mol，用CO表示該反應(yīng)時間內(nèi)的反應(yīng)速率為0.06mol/（L•min）．

Answer 1

分析 （1）組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對分子質(zhì)量大的沸點高；
（2）鍵能越小，化學鍵越不穩(wěn)定；
（3）在氧化還原反應(yīng)中，得電子化合價降低的反應(yīng)物是氧化劑，失電子化合價升高的反應(yīng)物是還原劑，根據(jù)氧化還原反應(yīng)化合價升降總數(shù)相等，標反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目和方向；
（4）化學平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值；根據(jù)已知平衡常數(shù)和溫度的關(guān)系，結(jié)合溫度對平衡移動的影響判斷；
（5）二氧化硅為反應(yīng)物，增大其轉(zhuǎn)化率應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動；
（6）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算．

解答 解：（1）CH₄和SiH₄都是組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，SiH₄的分子量比CH₄的分子量大，范德華力大，所以沸點比CH₄高，
故答案為：二者是結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，SiH₄的分子量比CH₄的分子量大，范德華力大，所以沸點比CH₄高；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，C-C鍵和C-H鍵較強，所形成的烷烴穩(wěn)定．而硅烷中Si-Si鍵和Si-H鍵的鍵能較低，易斷裂，導致長鏈硅烷難以生成，所以硅烷的種類和數(shù)量都比烷烴少，
故答案為：Si-Si的鍵能比C-C小，Si-H的鍵能也比C-H小，更容易斷裂，所以硅烷的種類和數(shù)量都比烷烴少；
（3）Si的化合價前后未變，N的化合價由0降為-3，C的化合價由0升為+2，生成1個Si₃N₄化合價降低12，生成1個CO化合價升高2，根據(jù)化合價升降總數(shù)相等以及質(zhì)量守恒得，
故答案：；
（4）化學平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值，則3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g） $\stackrel{高溫}{?}$Si₃N₄（s）+6CO（g）的化學平衡常數(shù)為K=$\frac{{C}^{6}（CO）}{{C}^{2}（{N}_{2}）}$，該反應(yīng)K800℃＞K 850℃，升高溫度，平衡常數(shù)減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動，說明該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
故答案為：$\frac{{C}^{6}（CO）}{{C}^{2}（{N}_{2}）}$；放熱；
（5）該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，二氧化硅的轉(zhuǎn)化率增大，該反應(yīng)的正反應(yīng)為體積增大的反應(yīng)，減小壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，二氧化硅的轉(zhuǎn)化率增大，
故答案為：降溫、減小壓強；
（6）3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g） $\stackrel{高溫}{?}$Si₃N₄（s）+6CO（g），每生成6molCO，容器內(nèi)氣體增加了4mol，則測得容器內(nèi)氣體增加了0.4mol，生成了0.6molCO，用CO表示該反應(yīng)時間內(nèi)的反應(yīng)速率為v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.6mol}{\frac{2L}{5min}}$=0.06mol/（L•min），
故答案為：0.06mol/（L•min）．

點評 本題考查了硅及其化合物的性質(zhì)，涉及晶體溶沸點的比較、氧化還原、化學平衡的分析判斷，平衡常數(shù)的概念應(yīng)用，化學反應(yīng)速率計算等，注意平衡常數(shù)表達式中固體不寫入，題目難度中等．