Question

氮化硅Si₃N₄是一种非氧化物高温陶瓷结构材料．粉末状的Si₃N₄可以由SiCl₄的蒸气和NH₃气的混合物反应制取．粉末状Si₃N₄对空气和水都不稳定，粉末状Si₃N₄遇水能生成一种有刺激性气味、常用做制冷剂的气体和一种难溶性的酸；粉末状Si₃N₄与空气接触能产生N₂和另外一种物质．但是，将粉末状Si₃N₄和适量MgO（难熔）在230℃1.01×10⁵Pa和185℃的密闭容器中热处理，可以得到结构十分紧密、对空气和水都相当稳定的固体材料．
（1）写出由SiCl₄和NH₃制备Si₃N₄的反应方程式：

3SiCl₄+4NH₃═Si₃N₄+12HCl

．
（2）分别写出粉末状Si₃N₄和H₂O及O₂反应的方程式：

Si₃N₄+9H₂O═3H₂SiO₃+4NH₃

；

Si₃N₄+3O₂═3SiO₂+2N₂

．
（3）为什么结构紧密的固体Si₃N₄不再受H₂O和O₂的侵蚀？

Answer 1

分析：（1）根据反应物和生成物利用原子守恒写出化学方程式；
（2）粉末状Si₃N₄遇水能生成一种有刺激性气味、常用做制冷剂的气体是氨气和一种难溶性的酸是硅酸；粉末状Si₃N₄与空气接触能产生N₂和另外一种物质，根据原子守恒可知为二氧化硅；
（3）固体Si₃N₄表面形成致密的氧化膜．

解答：解：（1）SiCl₄的蒸气和NH₃的混合物反应生成Si₃N₄，其化学方程式为：3SiCl₄+4NH₃═Si₃N₄+12HCl；故答案为：3SiCl₄+4NH₃═Si₃N₄+12HCl；
（2）粉末状Si₃N₄遇水能生成一种有刺激性气味、常用做制冷剂的气体是氨气和一种难溶性的酸是硅酸，其反应方程式为：Si₃N₄+9H₂O═3H₂SiO₃+4NH₃；粉末状Si₃N₄与空气接触能产生N₂和另外一种物质，根据原子守恒可知为二氧化硅，其反应方程式为Si₃N₄+3O₂═3SiO₂+2N₂；
故答案为：Si₃N₄+9H₂O═3H₂SiO₃+4NH₃；Si₃N₄+3O₂═3SiO₂+2N₂；
（3）因为在加压和加热条件下Si₃N₄颗粒表面生成了SiO₂，与MgO一起形成致密的氧化物保护膜，使固体Si₃N₄不再受H₂O和O₂的侵蚀；
故答案为：在加压和加热条件下Si₃N₄颗粒表面生成了SiO₂，与MgO一起形成致密的氧化物保护膜．

点评：本题考查硅和二氧化硅的性质与用途，题目难度较大，注意根据质量守恒书写化学方程式．