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，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?dú)饣�合，其反�?yīng)方程式為

 

．
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Si3N4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(qiáng)，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(xué)鍵類型有

 

．
（2）已知：25℃，101kPa條件下的熱化學(xué)方程式：
3Si（s）+2N2（g）═Si3N4（s）△H=-750.2kJ/mol    ①
Si（s）+2C12（g）═SiCl4（g）△H=-609.6kJ/mol    ②

1

2

H2（g）+

1

2

C12（g）═HCl（g）△H=-92.3kJ/mol    ③
請寫出四氯化硅氣體與氮?dú)�、氫氣反�?yīng)的熱化學(xué)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(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

 

（填化學(xué)式）．
（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：

 

．
（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、陽極的電極反應(yīng)方程式．陽極：

 

；陰極：

 

．

Answer 1

分析：Ⅰ、方法一、硅與氮?dú)夥磻?yīng)生成氮化硅；
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；
方法三、根據(jù)原子守恒判斷四氯化硅與氨氣反應(yīng)生成的氣體；
根據(jù)原子守恒判斷Si（NH₂）₄分解生成的氣體；
Ⅱ、（1）氮化硅與氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅和一種銨鹽，該銨鹽是NH₄F；
（2）根據(jù)蓋斯定律書寫目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
Ⅲ、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，據(jù)此解答．

解答：解：Ⅰ、方法一、硅與氮?dú)夥磻?yīng)生成氮化硅，反應(yīng)方程式為：3Si+2N₂

1300-1400℃  .

Si₃N₄，
故答案為：3Si+2N₂

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、四氯化硅與氨氣反應(yīng)生成Si（NH₂）₄與一種氣體，反應(yīng)中四氯化硅與氨氣按1：4反應(yīng)，故生成氣體中Cl原子與H原子數(shù)目之比為4：（4×3-2×4）=1：1，故生成氣體為HCl；
Si（NH₂）₄分解生成Si₃N₄與一種氣體，則Si（NH₂）₄與Si₃N₄按3：1進(jìn)行，故生成氣體中含有N、H原子，二者數(shù)目之比為（4×3-4）：2×4×3=8：24=1：3，故該氣體為NH₃，
故答案為：HCl；NH₃；
Ⅱ、（1）氮化硅與氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅和一種銨鹽，該銨鹽是NH₄F，含有離子鍵、共價鍵，
故答案為：離子鍵、共價鍵；
（2）已知：3Si（s）+2N₂（g）═Si₃N₄（s）△H=-750.2kJ/mol    ①
Si（s）+2C1₂（g）═SiCl₄（g）△H=-609.6kJ/mol    ②

1

2

H₂（g）+

1

2

C1₂（g）═HCl（g）△H=-92.3kJ/mol    ③
根據(jù)蓋斯定律，①-②×3+③×12得：3SiCl₄（g）+2N₂（g）+6H₂（g）=Si₃N₄（g）+12HCl（g）；△=-29.0kJ/mol，
故答案為：3SiCl₄（g）+2N₂（g）+6H₂（g）=Si₃N₄（g）+12HCl（g）；△=-29.0kJ/mol；
Ⅲ、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）由上述分析可知，原料B的主要成分是SiO₂，
故答案為：SiO₂；
（2）焦炭與SiO₂反應(yīng)生成Si與CO，反應(yīng)方程式為：SiO₂+2C

高溫  .

Si+2CO↑，
故答案為：SiO₂+2C

高溫  .

Si+2CO↑；
（3）上述生產(chǎn)流程中電解NaCl的水溶液時，陽極氯離子放電生成氯氣，陽極材料若為Cu，則Cu放電，氯離子不能放電生成氯氣，故陽極材料不能為Cu；
Cu為陽極電解NaCl的水溶液開始一段時間，陽極Cu放電生成銅離子，陽極電極反應(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：本題考查對信息的提取利用、常用化學(xué)用語、無機(jī)物推斷、電解原理等，難度中等，（3）中推斷物質(zhì)是解題的關(guān)鍵，有助于學(xué)生能力的考查，必須活學(xué)活用才能解好這類試題．