Question

19．Si₃N₄是一种重要的新型无机非金属材料，能被强碱腐蚀；实验室可利用SiCl₄蒸气和NH₃在1400℃、无水、无氧条件下反应制取氧化硅，实验装置示意图（加热和夹持装置略去）和有关性质如下：

物质	熔点/℃	沸点/℃
SiCl4	-70	57.7	难溶解NH3和无机盐，在潮湿空气中极易水解
Si3N4	1900	-	性质稳定

请回答下列问题：
（1）装置B中所加入的试剂名称为碱石灰．
（2）装置C中的锥形瓶需要热水浴，热水浴加热的优点为药品受热均匀，容易控制温度．
（3）反应开始前先组装好仪器，检查装置的气密性（填操作步骤）后，再加装药品，接下来的操作是③②①（请按正确的顺序填写下列步骤的序号）．
①滴加SiCl₄   ②加热装置D   ③加热装置A
（4）装置D中发生反应的化学方程式为3SiCl₄+4NH₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl．
（5）反应过程中，装置E中的现象为有无色液体生成，并产生白烟．
（6）测定产品中 Si₃N₄的含量，步骤为：
ⅰ．反应结束后，取200.0g装置D中的物质，加入足量NaOH溶液，充分加热反应；
ⅱ．将生成的气体全部被200.0mL3.000mol•L^-1盐酸吸收（溶液体积变化忽略不计）；
ⅲ．取吸收后所得溶液20.00mL，用0.2500mol•L^-1NaOH溶液滴定过量盐酸；
ⅳ．重复滴定3次，平均消耗NaOH溶液32.00mL．
①步骤ⅰ中发生反应的离子方程式为Si₃N₄+6OH^-+3H₂O=3SiO₃^2-+4NH₃↑．
②产品中Si₃N₄的质量分数为9.10%（保留3位有效数字）
（7）Si₃N₄抗腐蚀能力很强，但易被氢氟酸腐蚀，反应生成四氟化硅和一种铵盐，该盐的化学式为NH₄F．

Answer 1

分析 根据题目给出的信息，A中加热碳酸氢铵固体分解制备氨气，B为除去分解产生的二氧化碳和水蒸气的除杂装置，C为氨气与SiCl₄蒸气均匀混合装置，D为SiCl₄蒸气和NH₃在1400℃、无水、无氧条件下反应制取氧化硅装置，E为冷切收集装置，F为尾气处理装置，
（1）A中加热碳酸氢铵固体分解制备氨气，B为除去分解产生的二氧化碳和水蒸气的除杂装置；
（2）热水浴加热的优点为药品受热均匀，容易控制温度；
（3）反应开始前先组装好仪器，检查装置的气密性，再加装药品，加热装置A制备氨气，滴加SiCl₄，使其余氨气均匀混合，再加热装置D，让其发生反应制备氮化硅；
（4）装置D中为氨气与SiCl₄发生反应生成Si₃N₄和12HCl；
（5）根据反应3SiCl₄+4NH₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$ Si₃N₄+12HCl，生成的氮化硅受冷变为无色液体HCl遇到挥发出来的氨气结合成氯化铵，产生白烟的现象，
（6）氮化硅在碱性条件下加热水解生成硅酸钠和氨气，用盐酸吸收氨气生成氯化铵，过量的盐酸用氢氧化钠溶液滴定，可确定剩余盐酸的量，从而计算与氨气反应的盐酸的物质的量，最终确定氮元素的物质的量，从而计算氮化硅的纯度；
（7）Si₃N₄与氢氟酸反应，生成四氟化硅和氟化铵．

解答 解：根据题目给出的信息，A中加热碳酸氢铵固体分解制备氨气，B为除去分解产生的二氧化碳和水蒸气的除杂装置，C为氨气与SiCl₄蒸气均匀混合装置，D为SiCl₄蒸气和NH₃在1400℃、无水、无氧条件下反应制取氧化硅装置，E为冷切收集装置，F为尾气处理装置，
（1）A中加热碳酸氢铵固体分解制备氨气，B为除去分解产生的二氧化碳和水蒸气的除杂装置，试剂选用碱石灰，
故答案为：碱石灰；
（2）C中的锥形瓶需要热水浴，热水浴加热的优点为药品受热均匀，容易控制温度，
故答案为：药品受热均匀，容易控制温度；
（3）反应开始前先组装好仪器，检查装置的气密性，再加装药品，加热装置A制备氨气，滴加SiCl₄，使其余氨气均匀混合，再加热装置D，让其发生反应制备氮化硅，
故答案为：检查装置的气密性；③②①；
（4）装置D中为氨气与SiCl₄发生反应的装置，化学方程式为3SiCl₄+4NH₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$ Si₃N₄+12HCl，
故答案为：3SiCl₄+4NH₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$ Si₃N₄+12HCl；
（5）根据反应3SiCl₄+4NH₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$ Si₃N₄+12HCl，生成的氮化硅受冷变为无色液体HCl遇到挥发出来的氨气结合成氯化铵，产生白烟的现象，
故答案为：有无色液体生成，并产生白烟；
（6）氮化硅在碱性条件下加热水解生成硅酸钠和氨气，用盐酸吸收氨气生成氯化铵，过量的盐酸用氢氧化钠溶液滴定，可确定剩余盐酸的量，从而计算与氨气反应的盐酸的物质的量，最终确定氮元素的物质的量，
①氮化硅在碱性条件下加热水解生成硅酸钠和氨气，离子方程式为Si₃N₄+6OH^-+3H₂O=3SiO₃^2-+4NH₃↑，
故答案为：Si₃N₄+6OH^-+3H₂O=3SiO₃^2-+4NH₃↑；
②取吸收后所得溶液20.00mL，过量的盐酸用氢氧化钠溶液滴定时，用掉0.2500mol•L^-1NaOH溶液32.00mL，物质的量为0.2500×0.032L=0.008mol，即过量的盐酸的物质的量为0.008mol，则200mL中过量的盐酸的物质的量为0.08mol，盐酸总的物质的量为0.200L×3.000mol•L^-1=0.6mol，故与氨气反应的盐酸的物质的量为0.6-0.08=0.52mol，NH₃+HCl=NH₄Cl，则氨气为0.52mol，根据氮原子守恒知，n（ Si₃N₄）=$\frac{0.52}{4}$=0.13mol，产品中Si₃N₄的质量分数=$\frac{0.13×140}{200}×100%$=9.10%，
故答案为：9.10%；
（7）Si₃N₄与氢氟酸反应，生成四氟化硅和氟化铵，
故答案为：NH₄F．

点评 本题考查了物质的转化和制备题，还考查了化学方程式的书写．本题利用文字描述设计出相应的实验步骤，分步骤进行鉴别，解决本考点需要根据实验现象，综合分析，从而得出正确的结论，要注意知识的整体性，题目难度中等．