Question

硅在材料王国中具有举足轻重的位置．请解答下列试题：
（1）硅的制备方法是制约太阳能发展的瓶颈，硅的制备原料是石英砂，石英与焦炭在高温电炉中反应可以制得硅．该反应的化学方程式是

 

，该反应的气体产物是一氧化碳，不是二氧化碳，其原因是

 

．
（2）氮化硅Si₃N₄是一种高温结构材料，粉末状态的Si₃N₄可以由SiCl₄的蒸气和NH₃反应制取．粉末状Si₃N₄对空气和水都不稳定．但将粉末状的Si₃N₄和适量氧化镁在230×1.01×l0⁵Pa和185℃的密闭容器中热处理，可以制得结构十分紧密、对空气和水都相当稳定的固体材料，同时还得到对水不稳定的Mg₃N₂．
①写出由SiCl₄和NH₃反应制取Si₃N₄的化学反应方程式

 

；
②现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，使生成的Si₃N₄沉积在石墨表面可得较高纯度的氮化硅，该制造方法称为：

 

；反应的化学方程式为

 

；该法还可制造金刚石薄膜，反应的化学方程式为

 

．
③在Si₃N₄和适量氧化镁在230×1.01×10⁵ Pa和185℃的密闭容器中热处理的过程中，除生成Mg₃N₂外，还可能生成

 

物质．热处理后除去MgO和Mg₃N₂的方法是

 

．

Answer 1

分析：（1）焦炭与二氧化硅反应生成硅单质和一氧化碳；焦炭与二氧化碳反应生成一氧化碳；
（2）①根据反应物和生成物写出化学方程式；
②化学气相沉积法是两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到晶片表面上，根据反应物和生成物写出化学方程式；
③Si₃N₄与MgO反应除生成Mg₃N₂外还可能生成SiO₂，SiO₂与盐酸不反应，而Mg₃N₂、MgO溶于盐酸的性质．

解答：解：（1）高温条件下，焦炭与二氧化硅发生氧化还原反应，因为碳的氧化产物为气体，从反应体系中随时脱离，从而保证该反应能够顺利进行，化学方程式SiO₂+2C

高温  .

Si+2C0↑；由于二氧化碳有氧化性，所以在电炉那种高温还原性氛围中，二氧化碳根本不存在，
故答案为：SiO₂+2C

高温  .

Si+2C0↑；高温条件下焦炭和二氧化碳不共存，即焦炭与二氧化碳反应生成一氧化碳；
（2）①SiCl₄和NH₃反应生成Si₃N₄和氯化氢，反应化学反应方程式：3SiCl₄+2NH₃

高温  .

Si₃N₄+12HCl，故答案为：3SiCl₄+2NH₃

高温  .

Si₃N₄+12HCl；
②由题条件可判断该制造方法称为化学气相沉积法；SiCl₄与N₂、H₂反应生成Si₃N₄，还应生成HCl，化学方程式为3SiCl₄+2N₂+6H₂

高温  .

Si₃N₄+12HCl；由甲烷CH₄制造金刚石，则需使甲烷加强热分解生成金刚石、石碳单质和氢气，CH₄

一定条件  .

C（金刚石）+2H₂，
故答案为：化学气相沉积法；3SiCl₄+2N₂+6H₂

高温  .

Si₃N₄+12HCl；CH₄

一定条件  .

C（金刚石）+2H₂；
③由元素守恒判断，Si₃N₄与MgO反应除生成Mg₃N₂外还可能生成SiO₂，利用SiO₂与盐酸不反应，而Mg₃N₂、MgO溶于盐酸的性质，可采用加入足量稀盐酸的方法，使MgO、Mg₃N₂溶解后过滤，故答案为：SiO₂；加足量稀盐酸过滤．

点评：本题考查硅和二氧化硅的性质与用途，题目难度较大，注意根据质量守恒书写化学方程式．