Question

氮化硅(Si₃N₄)是一种优良的高温结构陶瓷，在工业生产和科技领域中有重要用途。

Ⅰ.工业上有多种方法来制备氮化硅，下面是几种常见的方法：

方法一　直接氮化法：在1 300～1 400 ℃时，高纯粉状硅与纯氮气化合，其反应方程式为________________________________________________________________________。

方法二　化学气相沉积法：在高温条件下利用四氯化硅气体、纯氮气、氢气反应生成氮化硅和HCl，与方法一相比，用此法制得的氮化硅纯度较高，其原因是________________________________________________________________________。

方法三　Si(NH₂)₄热分解法：先用四氯化硅与氨气反应生成Si(NH₂)₄和一种气体________________(填分子式)；然后使Si(NH₂)₄受热分解，分解后的另一种产物的分子式为____________________。

Ⅱ.(1)氮化硅抗腐蚀能力很强，但易被氢氟酸腐蚀，氮化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和一种铵盐，此盐中存在的化学键类型有______________。

(2)已知：25 ℃，101 kPa条件下的热化学方程式：

3Si(s)＋2N₂(g)===Si₃N₄(s)　ΔH＝－750.2 kJ·mol^－1①

Si(s)＋2Cl₂(g)===SiCl₄(g)　ΔH＝－609.6 kJ·mol^－1②

H₂(g)＋Cl₂(g)===HCl(g)　ΔH＝－92.3 kJ·mol^－1③

请写出四氯化硅气体与氮气、氢气反应的热化学方程式：

________________________________________________________________________。

Ⅲ.工业上制取高纯硅和四氯化硅的生产流程如下：

已知：X、高纯硅、原料B的主要成分都可与Z反应，Y与X在光照或点燃条件下可反应，Z的焰色呈黄色。

(1)原料B的主要成分是________(写名称)。

(2)写出焦炭与原料B中的主要成分反应的化学方程式：

________________________________________________________________________。

(3)上述生产流程中电解A的水溶液时，阳极材料能否用Cu？________(填“能”或“不能”)。写出Cu为阳极电解A的水溶液开始一段时间阴、阳极的电极方程式。

阳极：________；阴极________。

Answer 1

答案　Ⅰ.方法一：3Si＋2N₂Si₃N₄

方法二：方法一所得到的产品中混有单质硅(或方法二除产品是固体外，其他物质均为气体)

方法三：HCl　NH₃

Ⅱ.(1)离子键、共价键　(2)3SiCl₄(g)＋2N₂(g)＋6H₂(g)===Si₃N₄(s)＋12HCl(g)　ΔH＝

－29.0 kJ·mol^－1

Ⅲ.(1) 二氧化硅　(2)SiO₂＋2CSi＋2CO↑

(3)不能　Cu－2e^－===Cu^2＋　2H₂O＋2e^－===H₂↑＋2OH^－

解析　Ⅰ.方法一：氮化硅的化学式是Si₃N₄，根据元素守恒可以写出硅与纯氮气化合的反应方程式为3Si＋2N₂Si₃N₄；

方法二：方法一的产物中会混有没有完全反应的单质硅，而化学气相沉积法的反应为3SiCl₄＋2N₂＋6H₂Si₃N₄＋12HCl，该生产过程中除了Si₃N₄是固体外，其他物质均为气体，故得到的产物较纯净；

方法三：四氯化硅与氨气反应生成Si(NH₂)₄的反应为SiCl₄＋4NH₃===Si(NH₂)₄＋4HCl，Si(NH₂)₄受热分解的反应为3Si(NH₂)₄Si₃N₄＋8NH₃↑。

Ⅱ.(1)氮化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和氟化铵，氟化铵中含有离子键和极性共价键。

(2)四氯化硅气体与氮气、氢气反应的方程式：3SiCl₄＋2N₂＋6H₂===Si₃N₄＋12HCl。

根据盖斯定律，将①－②×3＋③×12得

3SiCl₄(g)＋2N₂(g)＋6H₂(g)===Si₃N₄(s)＋12HCl(g)　ΔH＝－29.0 kJ·mol^－1。

Ⅲ.根据流程图分析，原料B和焦炭反应产生的是粗硅，故原料B是二氧化硅，X是氯气。由“Y与X在光照或点燃条件下可反应”可以推知Y是氢气，再根据“Z的焰色呈黄色”、“X、高纯硅、原料B的主要成分都可与Z反应”综合推断Z为氢氧化钠，A为氯化钠。