Question

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)域中有重要用途。

Ⅰ.工業(yè)上有多種方法來制備氮化硅，下面是幾種常見的方法：

方法一　直接氮化法：在1 300～1 400 ℃時，高純粉狀硅與純氮氣化合，其反應(yīng)方程式為________________________________________________________________________。

方法二　化學氣相沉積法：在高溫條件下利用四氯化硅氣體、純氮氣、氫氣反應(yīng)生成氮化硅和HCl，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和一種氣體________________(填分子式)；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____________________。

Ⅱ.(1)氮化硅抗腐蝕能力很強，但易被氫氟酸腐蝕，氮化硅與氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅和一種銨鹽，此鹽中存在的化學鍵類型有______________。

(2)已知：25 ℃，101 kPa條件下的熱化學方程式：

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

請寫出四氯化硅氣體與氮氣、氫氣反應(yīng)的熱化學方程式：

________________________________________________________________________。

Ⅲ.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)。

(2)寫出焦炭與原料B中的主要成分反應(yīng)的化學方程式：

________________________________________________________________________。

(3)上述生產(chǎn)流程中電解A的水溶液時，陽極材料能否用Cu？________(填“能”或“不能”)。寫出Cu為陽極電解A的水溶液開始一段時間陰、陽極的電極方程式。

陽極：________；陰極________。

Answer 1

答案�、�.方法一：3Si＋2N₂Si₃N₄

方法二：方法一所得到的產(chǎn)品中混有單質(zhì)硅(或方法二除產(chǎn)品是固體外，其他物質(zhì)均為氣體)

方法三：HCl　NH₃

Ⅱ.(1)離子鍵、共價鍵　(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�、�.方法一：氮化硅的化學式是Si₃N₄，根據(jù)元素守恒可以寫出硅與純氮氣化合的反應(yīng)方程式為3Si＋2N₂Si₃N₄；

方法二：方法一的產(chǎn)物中會混有沒有完全反應(yīng)的單質(zhì)硅，而化學氣相沉積法的反應(yīng)為3SiCl₄＋2N₂＋6H₂Si₃N₄＋12HCl，該生產(chǎn)過程中除了Si₃N₄是固體外，其他物質(zhì)均為氣體，故得到的產(chǎn)物較純凈；

方法三：四氯化硅與氨氣反應(yīng)生成Si(NH₂)₄的反應(yīng)為SiCl₄＋4NH₃===Si(NH₂)₄＋4HCl，Si(NH₂)₄受熱分解的反應(yīng)為3Si(NH₂)₄Si₃N₄＋8NH₃↑。

Ⅱ.(1)氮化硅與氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅和氟化銨，氟化銨中含有離子鍵和極性共價鍵。

(2)四氯化硅氣體與氮氣、氫氣反應(yīng)的方程式：3SiCl₄＋2N₂＋6H₂===Si₃N₄＋12HCl。

根據(jù)蓋斯定律，將①－②×3＋③×12得

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

Ⅲ.根據(jù)流程圖分析，原料B和焦炭反應(yīng)產(chǎn)生的是粗硅，故原料B是二氧化硅，X是氯氣。由“Y與X在光照或點燃條件下可反應(yīng)”可以推知Y是氫氣，再根據(jù)“Z的焰色呈黃色”、“X、高純硅、原料B的主要成分都可與Z反應(yīng)”綜合推斷Z為氫氧化鈉，A為氯化鈉。