Question

氮化硅硬度大、熔点高、不溶于酸（氢氟酸除外），是一种重要的结构陶瓷材料．一种用工业硅（含少量钾、钠、铁、铜的氧化物），已知硅的熔点是1420℃，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅．一种合成氮化硅的工艺主要流程如下：

（1）净化N₂和H₂时，铜屑的作用是：______；硅胶的作用是______．
（2）在氮化炉中3SiO₂（s）+2N₂（g）=Si₃N₄（s）△H=-727.5kJ/mol，开始时为什么要严格控制氮气的流速以控制温度：______；体系中要通入适量的氢气是为了______．
（3）X可能是______（选填：“盐酸”、“硝酸”、“硫酸”、“氢氟酸”）．
（4）如何说明氮化硅产品已用水洗干净？______．
（5）用硅粉作硅源、叠氮化钠（NaN₃）作氮源，直接燃烧生成氮化硅（发生置换反应），该反应的化学方程式为：______．

Answer 1

解：（1）Cu能与氧气反应，则Cu屑的作用为除去原料气中的氧气；硅胶具有吸水性，可除去生成的水蒸气，故答案为：除去原料气中的氧气；除去生成的水蒸气；
（2）氮化炉中3SiO₂（s）+2N₂（g）=Si₃N₄（s）△H=-727.5kJ/mol，该反应为放热反应，开始时严格控制氮气的流速以控制温度是防止局部过热，导致硅熔化熔合成团，阻碍与N₂的接触；体系中要通入适量的氢气是为将体系中的氧气转化为水蒸气，而易被除去（或整个体系中空气排尽），
故答案为：该反应为放热反应，防止局部过热，导致硅熔化熔合成团，阻碍与N₂的接触；将体系中的氧气转化为水蒸气，而易被除去；
（3）氮化硅能与HF酸反应，盐酸、稀硫酸均不与Cu反应，氮化硅中混有铜粉，为除去混有的Cu，可选择硝酸，Cu与硝酸反应，而氮化硅与硝酸不反应，故答案为：硝酸；
（4）氮化硅不溶于水、不溶于酸（HF酸除外），若氮化硅产品用水洗干净，则洗涤后的滤出液呈中性，故答案为：洗涤后的滤出液呈中性；
（5）硅粉作硅源、叠氮化钠（NaN₃）作氮源，直接燃烧生成氮化硅，发生置换反应，还生成Na，该反应为9Si+4NaN₃3Si₃N₄+4Na↑，故答案为：9Si+4NaN₃3Si₃N₄+4Na↑．
分析：（1）Cu能与氧气反应，硅胶具有吸水性；
（2）控制氮气的流速是防止温度过高，体系中要通入适量的氢气可将氧气转化为水蒸气；
（3）氮化硅能与HF酸反应，盐酸、稀硫酸均不与Cu反应，氮化硅中混有铜粉；
（4）利用水洗后溶液的酸碱性分析；
（5）利用反应物与生成物来书写化学反应方程式．
点评：本题考查氮化硅的制备实验方案的设计，明确制备实验的装置中各部分的作用及物质的性质是解答本题的关键，注意物质的特性即可解答，题目难度中等．