Question

【題目】新型陶瓷材料氮化硅（Si3N4）可用于制作火箭發(fā)動機中燃料的噴嘴。氮化硅可由石英、焦炭在高溫氮氣流中制取。完成下列填空：______SiO2+______C+______N2______Si3N4+______CO。

（1）試配平該化學(xué)反應(yīng)方程式，將系數(shù)填寫在對應(yīng)位置上。在方程式上標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目。____________

（2）反應(yīng)中______被還原，當(dāng)氧化產(chǎn)物比還原產(chǎn)物多 1mol 時，反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移數(shù)為______。

（3）在該反應(yīng)體系中：所涉及物質(zhì)屬于非極性分子的電子式為______；所涉及元素中原子半徑最大的原子的最外層電子排布式為______。

（4）反應(yīng)的主要產(chǎn)物氮化硅所屬的晶體類型為______，證明氮化硅組成元素非金屬性強弱：

（Ⅰ）寫出一個化學(xué)事實______；

（Ⅱ）從原子結(jié)構(gòu)上進行說明：______。

Answer 1

【答案】 N2 2.4NA 3s23p2 原子晶體 HNO3為強酸，H2SiO3為弱酸（或Si3N4中Si為+4價、N為-3價等） 相對原子半徑小的N原子最外層有5個電子，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)得3個電子，相對原子半徑大的Si原子最外層有4個電子，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)要得4個電子，得電子形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)時Si比N更難

【解析】

(1)由產(chǎn)物CO可知，SiO2與C化學(xué)計量數(shù)之比為1：2。由產(chǎn)物Si3N4可知SiO2與N2化學(xué)計量數(shù)之比為3：2，所以SiO2、C、N2化學(xué)計量數(shù)之比為3：6：2，令SiO2的化學(xué)計量數(shù)為3，C、N2化學(xué)計量數(shù)分別為6、2，結(jié)合元素守恒可知Si3N4、CO化學(xué)計量數(shù)分別為1、6，配平后方程式為3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO，其中N的化合價降低，則N2發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，C發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，反應(yīng)中共轉(zhuǎn)移12e-，電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目為；

(2)反應(yīng)3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO中N元素化合價降低，N2發(fā)生還原反應(yīng)，Si3N4為還原產(chǎn)物、CO為氧化產(chǎn)物，生成6molCO和1molSi3N4時，共轉(zhuǎn)移12mole-，所以當(dāng)氧化產(chǎn)物比還原產(chǎn)物多1mol時，反應(yīng)中轉(zhuǎn)移=2.4mol電子，即轉(zhuǎn)移電子數(shù)電子數(shù)為2.4NA；

(3)反應(yīng)3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO中，N2為非極性分子，結(jié)構(gòu)式為N≡N，電子式為，Si的原子半徑最大，最外層電子的4個電子排布于3s、3p能級上，即排布式為3s23p2；

(4)氮化硅(Si3N4)是共價化合物，可用于制作火箭發(fā)動機中燃料的噴嘴，說明其熔點高，所以氮化硅為原子晶體；

(I)比較N、Si非金屬性強弱，可根據(jù)元素的最高價含氧酸的酸性強弱判斷，酸性越強，則元素的非金屬性越強，即它們的最高價氧化物對應(yīng)水化物中，HNO3為強酸，H2SiO3為弱酸；

(Ⅱ)由于N原子半徑小，Si原子半徑大，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)時N得電子的能力強，即得電子能力強的N原子的非金屬性強于Si，導(dǎo)致Si3N4中Si為+4價、N為-3價。