Question

17．氮化硅（Si₃N₄）是一種新型陶瓷材料，它可用石英與焦炭在高溫的氮氣流中反應制得：3SiO₂+6C+2N₂$\stackrel{高溫}{→}$1Si₃N₄+6CO．
根據(jù)題意完成下列各題：
（1）配平上述化學反應方程式．
（2）為了保證石英和焦炭盡可能多的轉(zhuǎn)化，氮氣要適當過量．某次反應用了20mol氮氣，反應生成了5mol一氧化碳，則反應中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為10N_A，此時混合氣體的平均相對分子質(zhì)量是28．
（3）分析反應可推測碳、氮氣的氧化性：C＜N₂（填“＞”“＜”“=”）．
（4）氮化硅陶瓷的機械強度高，硬度接近于剛玉（Al₂O₃），熱穩(wěn)定性好，化學性質(zhì)穩(wěn)定．以下用途正確的是AC．
A．可以在冶金工業(yè)上制成坩堝、鋁電解槽襯里等熱工設備
B．在電子工業(yè)上制成耐高溫的電的良導體
C．研發(fā)氮化硅的全陶發(fā)動機替代同類型金屬發(fā)動機
D．氮化硅陶瓷的開發(fā)，將受到資源的限制，發(fā)展前途暗淡．

Answer 1

分析 （1）由產(chǎn)物CO可知，SiO₂與C化學計量數(shù)之比為1：2 由產(chǎn)物Si₃N₄可知SiO₂與N₂化學計量數(shù)之比為3：4，所以SiO₂、C+、N₂化學計量數(shù)之比為3：6：4，令SiO₂的化學計量數(shù)為3，結(jié)合元素守恒可知Si₃N₄、CO化學計量數(shù)分別為1、6；
（2）反應中只有C元素的化合價升高，氮氣有剩余，根據(jù)CO計算電子轉(zhuǎn)移，C元素化合價由0價升高為+2價，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為CO的2倍．N₂與CO的相對分子質(zhì)量都是28，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變；
（3）反應中N₂作氧化劑，C是還原劑，N₂將C氧化；
（4）由信息可知，氮化硅機械強度高，硬度大，熱穩(wěn)定性好，化學性質(zhì)穩(wěn)定，氮化硅屬于原子晶體，不是電的良導體，制備氮化硅的資源豐富，自然界中有大量的氮氣與二氧化硅，具有廣闊的發(fā)展前景．

解答 解；（1）由產(chǎn)物CO可知，SiO₂與C化學計量數(shù)之比為1：2 由產(chǎn)物Si₃N₄可知SiO₂與N₂化學計量數(shù)之比為3：2，所以SiO₂、C、N₂化學計量數(shù)之比為3：6：2，令SiO₂的化學計量數(shù)為3，C、N₂化學計量數(shù)分別為6、2，結(jié)合元素守恒可知Si₃N₄、CO化學計量數(shù)分別為1、6，配平后方程式為3SiO₂+6C+2N$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ Si₃N₄+6CO；
故答案為：3、6、2、1、6；
（2）反應中只有C元素的化合價升高，氮氣有剩余，根據(jù)CO計算電子轉(zhuǎn)移，C元素化合價由0價升高為+2價，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為CO的2倍，所以反應中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為5mol×2×NAmol-1=10N_A，N₂與CO的相對分子質(zhì)量都是28，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量為28，
故答案為：10；28；
（3）反應中N₂作氧化劑，C是還原劑，N₂將C氧化為CO，所以氧化性N₂＞C，
故答案為：＜；
（4）A．氮化硅熱穩(wěn)定性好，可以用于熱工設備，故A正確；
B．氮化硅屬于原子晶體，不是電的良導體，故B錯誤；
C．氮化硅機械強度高，硬度大，可以替代同類型金屬發(fā)動機，故C正確；
D．制備氮化硅的資源豐富，具有廣闊的發(fā)展前景，故D錯誤．
故選：AC．

點評 考查氧化還原反應配平及計算、氧化性還原性比較、晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)等，難度中等，注意掌握化學方程式常用的配平方法．