Question

12．新型無機非金屬材料甲和乙均是高溫陶瓷材料，硬度大、熔點高、化學性質穩定．甲、乙分別由原子序數依次增大的X、Y、Z三種短周期元素中的兩種組成．甲與NaOH濃溶液共熱生成氣體丙和化合物丁，丙在標準狀況下的密度為0.76g•L^-1，在丁溶液中滴加鹽酸至過量，先生成白色沉淀后溶解．Z元素的氧化物是制造光導纖維的主要材料，在1300℃～1400℃的條件下，0.1mol的X單質與4.2g的Z單質恰好反應制得乙．請回答下列問題：
（1）乙的化學式為Si₃N₄；丙的電子式為．
（2）甲與NaOH濃溶液共熱的化學方程式為AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑．
（3）高溫條件下，丙與Fe₂O₃反應生成Fe和X單質，寫出該反應的化學方程式為2NH₃+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3H₂O+N₂，有人提出生成的產物Fe中可能還有FeO，請設計實驗方案驗證之（用化學方法）取樣品少許，溶于足量的CuSO₄溶液，充分反應后，過濾所得的濾渣溶于稀鹽酸，滴加硫氰化鉀溶液，沒有明顯現象，再滴加氯水，若溶液呈紅色，則證明有FeO生成．
（4）工業上在X單質的氣氛下將Z的氧化物和焦炭加熱到1400℃～1450℃的條件下以制備乙，反應中還生成一種常見的可燃性氣體戊，該反應的化學方程式為3SiO₂+2N₂+6C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si₃N₄+6CO．

Answer 1

分析 丙在標準狀況下的密度為0.76g•L^-1，丙的摩爾質量為0.76g•L^-1×22.4L/mol≈17g/mol，則丙為NH₃，則甲中含有N元素；在丁溶液中滴加鹽酸至過量，先生成白色沉淀后溶解，說明丁中含有鋁元素，則甲中含有Al元素，所以甲為AlN，丁為NaAlO₂；Z元素的氧化物是制造光導纖維的主要材料，所以Z為Si元素，而X、Y、Z三種短周期元素且原子序數依次增大，所以X為N、Y為Al；在1300℃～1400℃的條件下，0.1mol的X單質與4.2g的Z單質恰好反應制得乙，即0.1mol氮氣與0.15molSi反應，生成的乙中氮原子與硅原子個數之比為：0.2：0.15=4：3，所以乙的化學式為Si₃N₄，據此解答．

解答 解：丙在標準狀況下的密度為0.76g•L^-1，丙的摩爾質量為0.76g•L^-1×22.4L/mol≈17g/mol，則丙為NH₃，則甲中含有N元素；在丁溶液中滴加鹽酸至過量，先生成白色沉淀后溶解，說明丁中含有鋁元素，則甲中含有Al元素，所以甲為AlN，丁為NaAlO₂；Z元素的氧化物是制造光導纖維的主要材料，所以Z為Si元素，而X、Y、Z三種短周期元素且原子序數依次增大，所以X為N、Y為Al；在1300℃～1400℃的條件下，0.1mol的X單質與4.2g的Z單質恰好反應制得乙，即0.1mol氮氣與0.15molSi反應，生成的乙中氮原子與硅原子個數之比為：0.2：0.15=4：3，所以乙的化學式為Si₃N₄．
（1）由上述分析可知，乙的化學式為Si₃N₄；丙為NH₃，電子式為：，
故答案為：Si₃N₄；；
（2）甲為AlN，AlN與NaOH濃溶液共熱生成了氨氣和偏鋁酸鈉，反應的化學方程式為：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，
故答案為：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑；
（3）丙為氨氣，X的單質為氮氣，高溫條件下，氨氣與Fe₂O₃反應生成Fe和氮氣單質，反應的化學方程式為：2NH₃+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3H₂O+N₂；
產物Fe中可能還有FeO，需要先除掉鐵，然后用鹽酸溶解，再檢驗是否含有亞鐵離子，檢驗方法為：取樣品少許，溶于足量的CuSO₄溶液，充分反應后，過濾所得的濾渣溶于稀鹽酸，滴加硫氰化鉀溶液，沒有明顯現象，再滴加氯水，若溶液呈紅色，則證明有FeO生成，
故答案為：2NH₃+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3H₂O+N₂；取樣品少許，溶于足量的CuSO₄溶液，充分反應后，過濾所得的濾渣溶于稀鹽酸，滴加硫氰化鉀溶液，沒有明顯現象，再滴加氯水，若溶液呈紅色，則證明有FeO生成；
（4）X的單質為N₂，Z的氧化物為SiO₂，工業上在N₂的氣氛下將SiO₂和焦炭加熱到1400℃～1450℃的條件下以制備Si₃N₄，反應中還生成一種常見的可燃性氣體戊，根據原子守恒，可燃性氣體中含有C，所以為CO，該反應的化學方程式為：3SiO₂+2N₂+6C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si₃N₄+6CO，
故答案為：3SiO₂+2N₂+6C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si₃N₄+6CO．

點評 本題考查了無機物的推斷，題目難度較大，注意從氣體丙的密度及丁中加入鹽酸反應信息進行推斷，試題培養了學生的分析理解能力及靈活應用所學知識的能力．