Question

7．氮和硅均是自然界含量非常豐富的元素．
（1）氮化硅陶瓷是一種新型無機非金屬材料，其化學式為Si₃N₄
（2）向大氣中排放NO_x可能導致的環境問題有酸雨、光化學煙霧、臭氧層破壞（任一點均可）．（任答一點）用足量NaOH溶液能完全吸收NO₂生成NaNO₂、NaNO₃和H₂O₂．試寫出該反應的離子方程式：2NO₂+2OH^-═NO₃^-+NO₂^-+H₂．
（3）高純硅是現代信息、半導體和光伏發電等產業都需要的基礎材料．工業上提純硅有多種技術路線，其中一種工藝流程如圖1：

①電弧爐中發生的主要反應的化學方程式為SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiC+2CO↑．
②在流化床反應的產物中，SiHCl₃大約占85%，還有SiCl₄、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl等，有關物質的沸點數據如下表，提純SiHCl₃的主要工藝操作依次是沉降、冷凝和精餾（或蒸餾）．

物質	Si	SiCl4	SiHCl3	SiH2Cl2	SiH3Cl	HCl	SiH4
沸點/℃	2355	57.6	31.8	8.2	-30.4	-84.9	-111.9

（4）“硅能源”有望成為二十一世紀的新能源．1mol硅完全燃燒能放出910kJ的熱量，寫出該反應的熱化學方程式：Si_（S）+O_2（g）═SiO_2（S）△H=-910KJ/mol；與“氫能源”比較“硅能源”具有的優點是產物不污染環境，儲存、運輸方便．
（5）工業上常利用甲醇部分氧化法制備氫氣．在一定溫度下以Ag/CeO₂-SiO₂為催化劑時原料氣比例對反應選擇性（選擇性越大，表示生成的該物質越多）影響關系如圖2所示．則當$\frac{n（{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$=0.25時，CH₃OH與O₂發生的主要反應方程式為2CH₃OH+O₂$→_{△}^{催化劑}$2HCHO+2H₂O；當$\frac{n（{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$＞0.5時，H₂選擇性下降的原因氧氣過量，與氫氣反應生成水．

Answer 1

分析 （1）根據氮化硅中各元素的原子最外層達到8電子穩定結構分析；
（2）氮氧化物與水反應生成硝酸，能形成酸雨，此外還形成光化學煙霧、臭氧層破壞；NO₂在堿性條件下自身發生氧化還原反應生成硝酸鈉和亞硝酸鈉；
（3）①石英砂主要成分為二氧化硅，二氧化硅和碳在高溫的條件下反應生成碳化硅和一氧化碳；
②根據題中數據，采用精餾（或蒸餾）方法提純SiHCl₃；
（4）根據1mol硅完全燃燒能放出910kJ的熱量書寫熱化學方程式，“硅能源”具有環保及儲存、運輸方便的特點；
（5）當n（O₂）/n（CH₃OH）=0.25時，CH₃OH與O₂發生的主要反應為甲醇的催化氧化生成甲醛；n（O₂）/n（CH₃OH）＞0.5時，氧氣過量，與氫氣反應生成水；

解答 解：（1）氮化硅中各元素的原子最外層達到8電子穩定結構，Si原子最外層電子數為4，N原子最外層電子數為5，要形成8電子穩定結構，則應有二者個數比值為3：4，其化學式為Si₃N₄，
故答案為：Si₃N₄；
（2）氮氧化物與水反應生成硝酸，能形成酸雨，此外還形成光化學煙霧、臭氧層破壞；NO₂在堿性條件下自身發生氧化還原反應生成硝酸鈉和亞硝酸鈉，反應的離子方程式為：2NO₂+2OH^-═NO₃^-+NO₂^-+H₂O，
故答案為：酸雨、光化學煙霧、臭氧層破壞（任一點均可）；2NO₂+2OH^-═NO₃^-+NO₂^-+H₂O；
（3）①石英砂的主要成分是二氧化硅，在反應中生成碳化硅，反應為：SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiC+2CO↑，
故答案為：SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiC+2CO↑；
②利用沸點的不同提純SiHCl₃屬于蒸餾，SiHCl₃（沸點33.0℃）中含有少量SiCl₄（沸點57.6℃）和SiH₂Cl₂（沸點8.2℃），SiH₃Cl（沸點-30.4℃），由于沸點差別較大，可以通過精餾（或蒸餾）除去雜質，
故答案為：精餾（或蒸餾）；
（4）1mol硅完全燃燒能放出910kJ的熱量，熱反應方程式為：Si_（S）+O_2（g）═SiO_2（S）△H=-910KJ/mol，硅為固體，則“硅能源”具有產物不污染環境及儲存、運輸方便的特點，
故答案為：Si_（S）+O_2（g）═SiO_2（S）△H=-910KJ/mol；產物不污染環境，儲存、運輸方便；
（5）根據圖象可知，當n（O₂）/n（CH₃OH）=0.25時，CH₃OH與O₂發生的主要反應為甲醇的催化氧化生成甲醛，反應的方程式為：2CH₃OH+O₂$→_{△}^{催化劑}$2HCHO+2H₂O，n（O₂）/n（CH₃OH）＞0.5時，氧氣過量，與氫氣反應生成水，H₂選擇性下降，
故答案為：2CH₃OH+O₂$→_{△}^{催化劑}$2HCHO+2H₂O；氧氣過量，與氫氣反應生成水；

點評 本題考查較綜合，側重考查了氮和硅及其化合物的有關知識，注意粗硅的提純反應原理，注意圖象正確分析，題目難度中等．