Question

近年來,我國(guó)的材料研究迅猛發(fā)展,出現(xiàn)了許多具有特殊功能的新型材料。

(1)硅是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料,從硅的氧化物制取粗硅的化學(xué)方程式為______________________________________。

(2)化合物G是開發(fā)新一代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的新材料。G的相對(duì)分子質(zhì)量為140,含有硅元素,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%,另含有元素Y。E(含兩種元素)與NH₃反應(yīng)制得G和HCl。G和E化學(xué)式分別為__________________________________　。

常壓條件下向G中添加氧化鋁,經(jīng)高溫?zé)�結(jié)制成一種高強(qiáng)度、超硬度、耐磨損、抗腐蝕的陶瓷材料,化學(xué)通式可表示為Si_6-xO_xY_8-x。在接近1 700℃時(shí)x的極限值約為4.0,則化合物中Y元素的化合價(jià)為　____。

(3)新型納米材料氧缺位鐵酸鹽(MFe₂O_x,3<x<4,M=Mn、Zn、Ni且均顯+2價(jià),下同)由鐵酸鹽(MFe₂O₄)經(jīng)高溫被H₂還原而得,已知鐵酸鹽(MFe₂O₄)高溫還原時(shí),發(fā)生反應(yīng)的MFe₂O₄與H₂的物質(zhì)的量之比為2∶1,則還原產(chǎn)物MFe₂O_x中x=　　　　。MFe₂O_x中,+2價(jià)鐵與+3價(jià)鐵的物質(zhì)的量之比為　　　　。

Answer 1

【解析】(1)從硅的氧化物制取粗硅的化學(xué)方程式為SiO₂+2CSi+2CO↑。

(2)化合物E(含兩種元素)與NH₃反應(yīng)制得G和HCl,根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后元素種類不變可知G中含有氮元素,故Y為氮元素,再根據(jù)G的相對(duì)分子質(zhì)量及Si、N的質(zhì)量分?jǐn)?shù),可以求出G的化學(xué)式為Si₃N₄。由E與NH₃的復(fù)分解反應(yīng),可知E中含有Si和Cl兩種元素,再據(jù)NH₃與E的反應(yīng)及二者的物質(zhì)的量的關(guān)系,可求出E的化學(xué)式為SiCl₄。當(dāng)溫度接近1 700℃時(shí),x=4,把x=4代入Si_6-xO_xY_8-x可知,該物質(zhì)為Si₂O₄Y₄,根據(jù)化合價(jià)代數(shù)為零可知Y為0價(jià),也就是說1 700℃時(shí)Si_6-xO_xY_8-x分解為SiO₂和N₂,所以x<4;

①當(dāng)x=3時(shí),可得Si₃O₃Y₅,此時(shí)Y的化合價(jià)為-1.2價(jià),很顯然,x≠3;

②當(dāng)x=2時(shí),可得Si₄O₂Y₆,此時(shí)Y為-2價(jià);

③當(dāng)x=1時(shí),可得Si₅OY₇,此時(shí)Y為-價(jià),所以x≠1,

綜上所述,Y的化合價(jià)為-2價(jià)。

(3)由MFe₂O₄被H₂還原時(shí)物質(zhì)的量之比為2∶1知,1 mol H₂失去的2 mol電子被2 mol MFe₂O₄得到,即1 mol MFe₂O₄得到1 mol電子,由M為+2價(jià),Fe為+3價(jià),且在產(chǎn)物中M化合價(jià)不變,在產(chǎn)物MFe₂O_x中Fe²⁺與Fe³⁺的物質(zhì)的量之比為1∶1,由化合價(jià)規(guī)則:2x=2+2+3,得x=3.5。

答案:(1)SiO₂+2CSi+2CO↑

(2)Si₃N₄、SiCl₄　-2

(3)3.5　1∶1