Question

5．氮化硅（ Si₃N₄）是一種優(yōu)良的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，在工業(yè)生產(chǎn)和科技領(lǐng)域有重要用途．
Ⅰ．工業(yè)上有多種方法來(lái)制備氮化硅，常見(jiàn)的方法有：
方法一：直接氮化法：在1300℃-1400℃時(shí)，高純粉狀硅與純氮?dú)饣�合，其反�?yīng)方程式為3Si+2N₂$\frac{\underline{\;1300℃-1400℃\;}}{\;}$Si₃N₄．
方法二：化學(xué)氣相沉積法：在高溫條件下利用四氯化硅氣體、純氮?dú)�、氫氣反�?yīng)生成氮化硅和HC1，與方法一相比，用此法制得的氮化硅純度較高，其原因是方法一所得到的產(chǎn)品中混有單質(zhì)硅，而方法二除產(chǎn)品是固體，其他物質(zhì)均為氣體．
方法三：Si（NH₂）₄熱分解法：先用四氯化硅與氨氣反應(yīng)生成Si（NH₂）₄和-種氣體（填分子式）HCl；然后使Si（NH₂）₄受熱分解，分解后的另一種產(chǎn)物的分子式為NH₃ ．
Ⅱ．工業(yè)上制取高純硅和四氯化硅的生產(chǎn)流程如下：
已知：X、高純硅、原料B的主要成分都可與Z反應(yīng)，Y，與X在光照或點(diǎn)燃條件下可反應(yīng)，Z的焰色呈黃色．
（1）原料B的主要成分是（寫名稱）二氧化硅．
（2）寫出焦炭與原料B中的主要成分反應(yīng)的化學(xué)方程式：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑．
（3）上述生產(chǎn)流程中電解A的水溶液時(shí)，陽(yáng)極材料能否用Cu不能；（填“能”或“不能”），寫出Cu為陽(yáng)極電解A的水溶液開(kāi)始一段時(shí)間陰陽(yáng)極的電極方程式：
陽(yáng)極：Cu-2e^-=Cu²⁺；陰極：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-．

Answer 1

分析 I、方法一：硅與純氮?dú)庠诟邷貤l件下發(fā)生化合反應(yīng)生成氮化硅；
方法二：方法一所得到的產(chǎn)品中可能混有反應(yīng)物單質(zhì)硅，而方法二除產(chǎn)品是固體，其他物質(zhì)均為氣體；
方法三：根據(jù)反應(yīng)中原子守恒規(guī)律判斷四氯化硅與氨氣反應(yīng)生成的氣體，判斷Si（NH₂）₄受熱分解生成的產(chǎn)物，據(jù)此解答；
Ⅱ、原料B與碳得到粗產(chǎn)品與X反應(yīng)，生成SiCl₄，Si+2Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiCl₄，則X為氯氣，原料B與碳得到粗產(chǎn)品為Si，焦炭與SiO₂反應(yīng)生成Si與CO，反應(yīng)方程式為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，故B為SiO₂，Y與氯氣在光照或點(diǎn)燃條件下可反應(yīng)，且與SiCl₄反應(yīng)得到高純度Si，SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4HCl+Si，則Y為氫氣．Z的焰色呈黃色，含有Na元素，電解A得到氫氣、氯氣與Z，則Z為NaOH、A為NaCl，電解NaCl溶液離子反應(yīng)為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，據(jù)此解答．

解答 解：I、方法一：硅與純氮?dú)夥磻?yīng)的化學(xué)方程式為：3Si+2N₂$\frac{\underline{\;1300℃-1400℃\;}}{\;}$Si₃N₄，
故答案為：3Si+2N₂$\frac{\underline{\;1300℃-1400℃\;}}{\;}$Si₃N₄；
方法二：方法一所得到的產(chǎn)品中混有單質(zhì)硅，而方法二除產(chǎn)品是固體，其他物質(zhì)均為氣體，故方法二得到氮化硅純度較高；
故答案為：方法一所得到的產(chǎn)品中混有單質(zhì)硅，而方法二除產(chǎn)品是固體，其他物質(zhì)均為氣體；
方法三：依據(jù)化學(xué)反應(yīng)中原子個(gè)數(shù)守恒可知四氯化硅與氨氣反應(yīng)：3SiCl4+4NH3=Si₃N₄+12HCl，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)中原子個(gè)數(shù)守恒可知3Si（NH₂）₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si₃N₄+8NH₃ ，
故答案為：HCl；NH₃ ．
Ⅱ、原料B與碳得到粗產(chǎn)品與X反應(yīng)，生成SiCl₄，則X為氯氣，原料B與碳得到粗產(chǎn)品為Si，故B為SiO₂．Y與氯氣在光照或點(diǎn)燃條件下可反應(yīng)，且與SiCl₄反應(yīng)得到高純度Si，則Y為氫氣．Z的焰色呈黃色，含有Na元素，電解A得到氫氣、氯氣與Z，則Z為NaOH、A為NaCl．
（1）原料B與碳得到粗產(chǎn)品為Si，焦炭與SiO₂反應(yīng)生成Si與CO，反應(yīng)方程式為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，故B為SiO₂，名稱為二氧化硅，
故答案為：二氧化硅；
（2）焦炭具有還原性，與SiO₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成Si與CO，反應(yīng)方程式為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，
故答案為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；
（3）電解飽和食鹽水，在陽(yáng)極上是氯離子失電子的氧化反應(yīng)：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，陰極上是氫離子得電子的還原反應(yīng)：2H⁺+2e^-=H₂↑，總反應(yīng)是：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2NaOH，陽(yáng)極材料若為Cu，則Cu放電，氯離子不能放電生成氯氣，故陽(yáng)極材料不能為Cu；Cu為陽(yáng)極電解NaCl的水溶液開(kāi)始一段時(shí)間，陽(yáng)極Cu放電生成銅離子，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為：Cu-2e^-=Cu²⁺，陰極水放電生成氫氣與氫氧根離子，陰極電極反應(yīng)式為：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，
故答案為：不能；Cu-2e^-=Cu²⁺；2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查工業(yè)上制取氮化硅的制取、高純硅和四氯化硅，涉及化學(xué)工藝流程、無(wú)機(jī)物推斷、電解原理等，有利用學(xué)生能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力，題目難度中等．