题目内容
【题目】氮化硅硬度大、熔点高、不溶于酸(氢氟酸除外),是一种重要的结构陶瓷材料。一种用工业硅(含少量钾、钠、铁、铜的氧化物),已知硅的熔点是1420℃,高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种合成氮化硅的工艺流程如下:
(1)净化N2和H2时,铜屑的作用是: ;硅胶的作用是 。
(2)在氮化炉中3SiO2(s)+2N2(g)=Si3N4(s) △H=-727.5kJ/mol,开始时为什么要严格控制氮气的流速以控制温度: ;体系中要通入适量的氢气是为了 。
(3)X可能是 (选填:“盐酸”、“硝酸”、“硫酸”、“氢氟酸”)。
(4)如何说明氮化硅产品已用水洗干净? 。
(5)用硅粉作硅源、叠氮化钠(NaN3)作氮源,直接燃烧生成氮化硅(发生置换反应),该反应的化学方程式为: 。
【答案】(1)除去原料气中的氧气;除去生成的水蒸气。
(2)这是放热反应,防止局部过热,导致硅熔化熔合成团,阻碍与N2的接触;将体系中的氧气转化为水蒸气,而易被除去。
(3)硝酸(4)洗涤后的滤出液呈中性(5)9Si+4NaN33Si3N4 +4Na↑
【解析】
试题分析:(1)Cu能与氧气反应,则Cu屑的作用为除去原料气中的氧气;硅胶具有吸水性,可除去生成的水蒸气;
(2)氮化炉中3SiO2(s)+2N2(g)=Si3N4(s)△H=-727.5kJ/mol,该反应为放热反应,开始时严格控制氮气的流速以控制温度是防止局部过热,导致硅熔化熔合成团,阻碍与N2的接触;体系中要通入适量的氢气是为将体系中的氧气转化为水蒸气,而易被除去(或整个体系中空气排尽);
(3)氮化硅能与HF酸反应,盐酸、稀硫酸均不与Cu反应,氮化硅中混有铜粉,为除去混有的Cu,可选择硝酸,Cu与硝酸反应,而氮化硅与硝酸不反应;
(4)氮化硅不溶于水、不溶于酸(HF酸除外),若氮化硅产品用水洗干净,则洗涤后的滤出液呈中性;(5)硅粉作硅源、叠氮化钠(NaN3)作氮源,直接燃烧生成氮化硅,发生置换反应,还生成Na,该反应为9Si+4NaN33Si3N4 +4Na↑。