Question

9．硅及其化合物在工業上有廣泛用途，以硅粉、鎂粉等原料制備硅烷的工業流程如下：

反應釜中發生反應：4NH₄ Cl+Mg₂ Si$\stackrel{常溫}{?}$ 4NH₃↑+SiH₄↑+2MgCl₂△H＜0
（1）工業上可用硅烷和氨氣生產一種能耐高溫的材料Si₃ N₄，Si₃N₄應屬于原子晶體；NH₃、Si₃ N₄和SiH₄三種物質的熔沸點由高到低的順序是Si₃N₄＞NH₃＞SiH₄．
（2）上述生產硅烷的過程中反應釜抽真空的原因是使4NH₄Cl+Mg₂Si$\stackrel{常溫}{?}$4NH₃↑+SiH₄↑+2MgCl₂平衡正移，有利于生產硅烷．
（3）液氨參與循環的作用是吸收熱量，保證反應在常溫下進行（答“制冷”或“降溫”均可）．
（4）氨氣也是重要的工業原料，1mol氨氣在一定溫度下（T＞150℃）發生催化氧化反應能釋放出226.5kJ的熱量，該反應的熱化學方程式是4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-906.0 kJ/mol．
（5）三硅酸鎂（ Mg₂Si₃O₈•nH₂O）難溶于水，在醫藥上可做抗酸劑．它可以中和多余胃酸（主要成分鹽酸），生成的難溶物還可覆蓋在有潰瘍的胃表面，保護其不再受刺激．三硅酸鎂與胃酸反應的化學方程式是MgSi₃O₈•nH₂O+4HCl═2MgCl₂+3SiO₂+（n+2）H₂O．若將1.84g三硅酸鎂加到50mL 1.0mol/L鹽酸中，充分反應后，濾去沉淀，以甲基橙為指示劑，用l．0mol/L NaOH溶液滴定剩余的鹽酸，消耗NaOH溶液30mL，則Mg₂Si₃O₈•nH₂O中n的值是6．

Answer 1

分析 （1）相鄰原子之間通過強烈的共價鍵結合而成的空間網狀結構的晶體叫做原子晶體，其構成微粒是原子；不同類型晶體熔沸點高低的比較：一般來說，原子晶體＞離子晶體＞分子晶體；分子晶體中含有氫鍵的熔沸點較高；同種類型的分子晶體相對分子質量越大，熔沸點越高；
（2）生產硅烷的反應為可逆反應，抽成真空，能使反應平衡正移，有利于生產硅烷；
（3）根據氨的性質分析：氨氣易液化，液氨氣化時能從周圍環境吸熱降溫；
（4）依據熱化學方程式的書寫方法分析書寫，反應熱與化學計量數成正比；
（5）根據書寫化學方程式的步驟：寫配注等，正確書寫方程式即可，三硅酸鎂和鹽酸反應生成氯化鎂、二氧化硅和水，根據化學方程式進行計算Mg₂Si₃O₈•nH₂O中n的值．

解答 解：（1）相鄰原子之間通過強烈的共價鍵結合而成的空間網狀結構的晶體叫做原子晶體，其構成微粒是原子；原子晶體具有熔點高和硬度大的特點，氮化硅（Si₃N₄）是一種耐高溫材料，說明氮化硅屬于原子晶體，NH₃、Si₃N₄和SiH₄三種物質，Si₃N₄為原子晶體，NH₃、SiH₄是分子晶體，則熔沸點順序為：Si₃N₄＞NH₃、SiH₄，NH₃中含有氫鍵、SiH₄中不含氫鍵，所以NH₃的熔沸點較高，即Si₃N₄＞NH₃＞SiH₄，
故答案為：原子；Si₃N₄＞NH₃＞SiH₄；
（2）生產硅烷的反應為4NH₄Cl+Mg₂Si$\stackrel{常溫}{?}$4NH₃↑+SiH₄↑+2MgCl₂，該反應為可逆反應，正反應為氣體體積增大的反應，抽成真空，有利于反應平衡正向移動，有利于生產硅烷，
故答案為：使4NH₄Cl+Mg₂Si$\stackrel{常溫}{?}$4NH₃↑+SiH₄↑+2MgCl₂平衡正移，有利于生產硅烷；
（3）氨氣易液化，液氨氣化時能從周圍環境吸熱降溫，上述生產硅烷的過程中液氨的作用是：吸收熱量，保證反應在常溫下進行，
故答案為：吸收熱量，保證反應在常溫下進行（答“制冷”或“降溫”均可）；
（4）氨氣催化氧化反應生成一氧化氮和水，反應的化學方程式為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，1mol氨氣在一定溫度下（T＞150℃）發生催化氧化反應能釋放出226.5kJ的熱量，則4mol氨氣在一定溫度下（T＞150℃）發生催化氧化反應能釋放出226.5kJ×4=906KJ的熱量，所以該反應的熱化學方程式是：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-906.0 kJ/mol，
故答案為：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-906.0 kJ/mol；
（5）三硅酸鎂中和胃酸（HCl）的化學方程式為：MgSi₃O₈•nH₂O+4HCl═2MgCl₂+3SiO₂+（n+2）H₂O，根據化學方程式，設0.184gMgSi₃O₈•nH₂O的物質的量是x，得
    MgSi₃O₈•nH₂O+4HCl═2MgCl₂+3SiO₂+（n+2）H₂O
    1             4
     x         0.050L×1mol/L-0.030L×1mol/L
$\frac{1}{x}$=$\frac{4}{0.050L×1mol/L-0.030L×1mol/L}$，
解得x=0.005mol，所以MgSi₃O₈•nH₂O的摩爾質量是M=$\frac{m}{n}$=$\frac{1.84}{0.005}$=368g/mol，Mg₂Si₃O₈的摩爾質量為260g/mol，所以18n=108，即n=6．
故答案為：MgSi₃O₈•nH₂O+4HCl═2MgCl₂+3SiO₂+（n+2）H₂O；6．

點評 本題考查較為綜合，涉及硅、氮及其化合物的性質以及工業流程的理解、復雜化學式的確立等知識，要求學生具有較強的分析和解決問題的能力，明確反應原理是解答本題的關鍵，題目難度中等．