Question

11．硅基太陽電池需用化合物甲作鈍化材料，甲的摩爾質量為140g•mol^-1，其中硅元素的質量分數為60%．已知1mol NH₃與足量的化合物乙充分反應后可得到35g 甲與6g H₂．工業上制乙的流程如圖：

請回答下列問題：
（1）乙的電子式是；比較熱穩定性：乙＜NH₃（填＞，＜或=）．
（2）NH₃與足量的化合物乙反應制甲的化學方程式是3SiH₄+4NH₃=Si₃N₄+12H₂．
（3）合成爐內物質需在保護氣氛下高溫合成，下列氣體可作保護氣的有BE（填字母編號）．
A．O₂    B．H₂    C．N₂    D．CO₂    E．Ar
（4）上述生產乙的過程中液氨的作用是制冷或降溫．
（5）甲與少量H₂SO₄溶液反應只得到H₂SiO₃和鹽M兩種產物，寫出該反應的離子方程式Si₃N₄+4H⁺+9H₂O=3H₂SiO₃↓+4NH₄⁺．請設計驗證產物鹽M的實驗方案取少量濾液于試管中，先加稀鹽酸無現象，再加氯化鋇溶液，有白色沉淀生成；另取少量濾液于試管中，加入氫氧化鈉固體（或濃溶液）并加熱，產生的氣體能使濕潤的紅色石蕊試紙（或pH試紙）變藍色，則說明鹽M是（NH₄）₂SO₄．

Answer 1

分析 由于甲的摩爾質量為140g•mol^-1，其中硅元素的質量分數為60%，則分子中含有硅的原子數=$\frac{140×60%}{28}$=3，已知1mol NH₃與足量的化合物乙充分反應后可得到35g 甲與6g H₂．化合物甲中除了含有硅元素還含有N元素，含1molN元素時質量為14g，則每mol甲中含有N原子數=140÷35=4，4個N原子和3個Si原子的相對原子質量之和為3×28+4×14=140，所以甲的化學式為Si₃N₄，而1molNH₃中含有3g氫元素，結合化學反應中的元素質量守恒得到乙中含有Si，H兩種元素，含硅元素$\frac{35}{140}$×3=0.75mol，含H原子3mol，n（Si）：n（H）=0.75：3=1：4，乙的化學式為SiH₄，
（1）乙是SiH₄屬于共價化合物，硅原子和四個氫原子形成四個共用電子對，元素非金屬性N＞Si，元素非金屬性越強對應氫化物穩定性越強；
（2）NH₃和足量乙反應制備甲，同時生成氫氣，結合原子守恒配平書寫化學方程式；
（3）合成爐內Mg和Si反應生成Mg₂Si需要在保護氣氛下高溫生成，則可作保護氣物質不能發生反應，
A、O₂與Mg、Si發生反應，不能作保護氣；
B、H₂與物質都不反應可以作保護氣’
C、N₂與Mg反應生成Mg₃N₂，不能作保護氣；
D、二氧化碳和鎂發生反應生成氧化鎂和碳，不能作保護氣；
E、Ar是稀有氣體，和任何物質不發生反應，可以作保護氣；
（4）在上述生產過程中，液氨的作用是制冷或降溫，防止物質分解；
（5）甲與少量H₂SO₄溶液反應只得到H₂SiO₃和鹽M兩種產物，結合元素守恒應為硫酸銨，反應的離子方程式為：Si₃N₄+4H⁺+9H₂O=3H₂SiO₃+4NH₄⁺，檢驗鹽M的實驗方案是設計實驗檢驗銨根離子和硫酸根離子的存在分析判斷．

解答 解：由于甲的摩爾質量為140g•mol^-1，其中硅元素的質量分數為60%，則分子中含有硅的原子數=$\frac{140×60%}{28}$=3，已知1mol NH₃與足量的化合物乙充分反應后可得到35g 甲與6g H₂．化合物甲中除了含有硅元素還含有N元素，含1molN元素時質量為14g，則每mol甲中含有N原子數=140÷35=4，4個N原子和3個Si原子的相對原子質量之和為3×28+4×14=140，所以甲的化學式為Si₃N₄，而1molNH₃中含有3g氫元素，結合化學反應中的元素質量守恒得到乙中含有Si，H兩種元素，含硅元素$\frac{35}{140}$×3=0.75mol，含H原子3mol，n（Si）：n（H）=0.75：3=1：4，乙的化學式為SiH₄，
（1）乙是SiH₄屬于共價化合物，硅原子和四個氫原子形成四個共用電子對，電子式為：，元素非金屬性N＞Si，元素非金屬性越強對應氫化物穩定性越強，所以穩定性SiH₄＜NH₃，
故答案為：；＜；
（2）NH₃和足量乙反應制備甲，同時生成氫氣，結合原子守恒配平書寫化學方程式，3SiH₄+4NH₃=Si₃N₄+12H₂，
故答案為：3SiH₄+4NH₃=Si₃N₄+12H₂；
（3）合成爐內Mg和Si反應生成Mg₂Si需要在保護氣氛下高溫生成，則可作保護氣物質不能發生反應，
A、O2與Mg、Si發生反應，不能作保護氣，故A錯誤；
B、H₂與物質都不反應可以作保護氣，故B正確；
C、N₂與Mg反應生成Mg₃N₂，不能作保護氣，故C錯誤；
D、二氧化碳和鎂發生反應生成氧化鎂和碳，不能作保護氣，故D錯誤；
E、Ar是稀有氣體，和任何物質不發生反應，可以作保護氣，故E正確；
故答案為：BE；
（4）液氨揮發為氣體需要吸收能量，在上述生產過程中，液氨的作用是制冷或降溫，防止物質分解，故答案為：制冷或降溫；
（5）甲與少量H₂SO₄溶液反應只得到H₂SiO₃和鹽M兩種產物，結合元素守恒應為硫酸銨，反應的離子方程式為：Si₃N₄+4H⁺+9H₂O=3H₂SiO₃+4NH₄⁺，檢驗鹽M的實驗方案是：取少量濾液于試管中，先加稀鹽酸無現象，再加氯化鋇溶液，有白色沉淀生成；另取少量濾液于試管中，加入氫氧化鈉固體（或濃溶液）并加熱，產生的氣體能使濕潤的色石蕊試紙（或pH試紙）變藍色，說明含NH₄⁺，則說明鹽M是（NH₄）₂SO₄；
故答案為：Si₃N₄+4H⁺+9H₂O=3H₂SiO₃↓+4NH₄⁺；取少量濾液于試管中，先加稀鹽酸無現象，再加氯化鋇溶液，有白色沉淀生成；另取少量濾液于試管中，加入氫氧化鈉固體（或濃溶液）并加熱，產生的氣體能使濕潤的紅色石蕊試紙（或pH試紙）變藍色，說明含NH₄⁺，則說明鹽M是（NH₄）₂SO₄．

點評 本題考查了化合物推斷、物質的電子式書寫，物質穩定性的比較、化學方程式和離子方程式書寫方法，離子檢驗等，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．