Question

氮化硅硬度大、熔點(diǎn)高、不溶于酸（氫氟酸除外），是一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料．一種用工業(yè)硅（含少量鉀、鈉、鐵、銅的氧化物），已知硅的熔點(diǎn)是1420℃，高溫下氧氣及水蒸氣能明顯腐蝕氮化硅．一種合成氮化硅的工藝主要流程如下：

（1）凈化N₂和H₂時(shí)，銅屑的作用是：______；硅膠的作用是______．
（2）在氮化爐中3SiO₂（s）+2N₂（g）=Si₃N₄（s）△H=-727.5kJ/mol，開(kāi)始時(shí)為什么要嚴(yán)格控制氮?dú)獾牧魉僖钥刂茰囟龋篲_____；體系中要通入適量的氫氣是為了______．
（3）X可能是______（選填：“鹽酸”、“硝酸”、“硫酸”、“氫氟酸”）．
（4）如何說(shuō)明氮化硅產(chǎn)品已用水洗干凈？______．
（5）用硅粉作硅源、疊氮化鈉（NaN₃）作氮源，直接燃燒生成氮化硅（發(fā)生置換反應(yīng)），該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：______．

Answer 1

解：（1）Cu能與氧氣反應(yīng)，則Cu屑的作用為除去原料氣中的氧氣；硅膠具有吸水性，可除去生成的水蒸氣，故答案為：除去原料氣中的氧氣；除去生成的水蒸氣；
（2）氮化爐中3SiO₂（s）+2N₂（g）=Si₃N₄（s）△H=-727.5kJ/mol，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，開(kāi)始時(shí)嚴(yán)格控制氮?dú)獾牧魉僖钥刂茰囟仁欠乐咕植窟^(guò)熱，導(dǎo)致硅熔化熔合成團(tuán)，阻礙與N₂的接觸；體系中要通入適量的氫氣是為將體系中的氧氣轉(zhuǎn)化為水蒸氣，而易被除去（或整個(gè)體系中空氣排盡），
故答案為：該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，防止局部過(guò)熱，導(dǎo)致硅熔化熔合成團(tuán)，阻礙與N₂的接觸；將體系中的氧氣轉(zhuǎn)化為水蒸氣，而易被除去；
（3）氮化硅能與HF酸反應(yīng)，鹽酸、稀硫酸均不與Cu反應(yīng)，氮化硅中混有銅粉，為除去混有的Cu，可選擇硝酸，Cu與硝酸反應(yīng)，而氮化硅與硝酸不反應(yīng)，故答案為：硝酸；
（4）氮化硅不溶于水、不溶于酸（HF酸除外），若氮化硅產(chǎn)品用水洗干凈，則洗滌后的濾出液呈中性，故答案為：洗滌后的濾出液呈中性；
（5）硅粉作硅源、疊氮化鈉（NaN₃）作氮源，直接燃燒生成氮化硅，發(fā)生置換反應(yīng)，還生成Na，該反應(yīng)為9Si+4NaN₃3Si₃N₄+4Na↑，故答案為：9Si+4NaN₃3Si₃N₄+4Na↑．
分析：（1）Cu能與氧氣反應(yīng)，硅膠具有吸水性；
（2）控制氮?dú)獾牧魉偈欠乐箿囟冗^(guò)高，體系中要通入適量的氫氣可將氧氣轉(zhuǎn)化為水蒸氣；
（3）氮化硅能與HF酸反應(yīng)，鹽酸、稀硫酸均不與Cu反應(yīng)，氮化硅中混有銅粉；
（4）利用水洗后溶液的酸堿性分析；
（5）利用反應(yīng)物與生成物來(lái)書(shū)寫(xiě)化學(xué)反應(yīng)方程式．
點(diǎn)評(píng)：本題考查氮化硅的制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，明確制備實(shí)驗(yàn)的裝置中各部分的作用及物質(zhì)的性質(zhì)是解答本題的關(guān)鍵，注意物質(zhì)的特性即可解答，題目難度中等．