Question

氮化硅硬度大、熔點高、不溶于酸（氫氟酸除外），是一種重要的結構陶瓷材料．一種用工業硅（含少量鉀、鈉、鐵、銅的氧化物），已知硅的熔點是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，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，開始時為什么要嚴格控制氮氣的流速以控制溫度：

 

；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）如何說明氮化硅產品已用水洗干凈？

 

．
（5）用硅粉作硅源、疊氮化鈉（NaN₃）作氮源，直接燃燒生成氮化硅（發生置換反應），該反應的化學方程式為：

 

．

Answer 1

分析：（1）Cu能與氧氣反應，硅膠具有吸水性；
（2）控制氮氣的流速是防止溫度過高，體系中要通入適量的氫氣可將氧氣轉化為水蒸氣；
（3）氮化硅能與HF酸反應，鹽酸、稀硫酸均不與Cu反應，氮化硅中混有銅粉；
（4）利用水洗后溶液的酸堿性分析；
（5）利用反應物與生成物來書寫化學反應方程式．

解答：解：（1）Cu能與氧氣反應，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，該反應為放熱反應，開始時嚴格控制氮氣的流速以控制溫度是防止局部過熱，導致硅熔化熔合成團，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化為水蒸氣，而易被除去（或整個體系中空氣排盡），
故答案為：該反應為放熱反應，防止局部過熱，導致硅熔化熔合成團，阻礙與N₂的接觸；將體系中的氧氣轉化為水蒸氣，而易被除去；
（3）氮化硅能與HF酸反應，鹽酸、稀硫酸均不與Cu反應，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，而氮化硅與硝酸不反應，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，發生置換反應，還生成Na，該反應為9Si+4NaN₃

點燃  .

3Si₃N₄+4Na↑，故答案為：9Si+4NaN₃

點燃  .

3Si₃N₄+4Na↑．

點評：本題考查氮化硅的制備實驗方案的設計，明確制備實驗的裝置中各部分的作用及物質的性質是解答本題的關鍵，注意物質的特性即可解答，題目難度中等．