Question

氮化硅（Si₃N₄）是一种优良的高温结构陶瓷，在工业生产和科技领域中有重要用途．

Ⅰ．工业上有多种方法来制备氮化硅，常见的方法：

方法一  直接氮化法：在1 300～1 400℃时，高纯粉状硅与纯氮气化合，其反应方程式为

 

．
方法二  化学气相沉积法：在高温条件下利用四氯化硅气体、纯氮气、氢气反应生成氮化硅和HCl，与方法一相比，用此法制得的氮化硅纯度较高，其原因是

 

．
方法三  Si（NH₂）₄热分解法：先用四氯化硅与氨气反应生成Si3N4和一种气体

 

（填分子式）；然后使Si（NH₂）₄受热分解，分解后的另一种产物的分子式为

 

．
Ⅱ．（1）氮化硅抗腐蚀能力很强，但易被氢氟酸腐蚀，氮化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和一种铵盐，此盐中存在的化学键类型有

 

．
（2）已知：25℃，101kPa条件下的热化学方程式：
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
请写出四氯化硅气体与氮气、氢气反应的热化学方程式：

 

．
Ⅲ．工业上制取高纯硅和四氯化硅的生产流程如下：


已知：X、高纯硅、原料B的主要成分都可与Z反应，Y与X在光照或点燃条件下可反应，Z的焰色呈黄色．
（1）原料B的主要成分是

 

（填化学式）．
（2）写出焦炭与原料B中的主要成分反应的化学方程式：

 

．
（3）上述生产流程中电解A的水溶液时，阳极材料能否用Cu？

 

（填“能”或“不能”）．写出Cu为阳极电解A的水溶液开始一段时间阴、阳极的电极反应方程式．阳极：

 

；阴极：

 

．

Answer 1

分析：Ⅰ、方法一、硅与氮气反应生成氮化硅；
方法二、方法一所得到的产品中混有单质硅，而方法二除产品是固体，其他物质均为气体；
方法三、根据原子守恒判断四氯化硅与氨气反应生成的气体；
根据原子守恒判断Si（NH₂）₄分解生成的气体；
Ⅱ、（1）氮化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和一种铵盐，该铵盐是NH₄F；
（2）根据盖斯定律书写目标热化学方程式；
Ⅲ、原料B与碳得到粗产品与X反应，生成SiCl₄，则X为氯气，原料B与碳得到粗产品为Si，故B为SiO₂．Y与氯气在光照或点燃条件下可反应，且与SiCl₄反应得到高纯度Si，则Y为氢气．Z的焰色呈黄色，含有Na元素，电解A得到氢气、氯气与Z，则Z为NaOH、A为NaCl，据此解答．

解答：解：Ⅰ、方法一、硅与氮气反应生成氮化硅，反应方程式为：3Si+2N₂

1300-1400℃  .

Si₃N₄，
故答案为：3Si+2N₂

1300-1400℃  .

Si₃N₄；
方法二、方法一所得到的产品中混有单质硅，而方法二除产品是固体，其他物质均为气体，故方法二得到氮化硅纯度较高，
故答案为：方法一所得到的产品中混有单质硅，而方法二除产品是固体，其他物质均为气体；
方法三、四氯化硅与氨气反应生成Si（NH₂）₄与一种气体，反应中四氯化硅与氨气按1：4反应，故生成气体中Cl原子与H原子数目之比为4：（4×3-2×4）=1：1，故生成气体为HCl；
Si（NH₂）₄分解生成Si₃N₄与一种气体，则Si（NH₂）₄与Si₃N₄按3：1进行，故生成气体中含有N、H原子，二者数目之比为（4×3-4）：2×4×3=8：24=1：3，故该气体为NH₃，
故答案为：HCl；NH₃；
Ⅱ、（1）氮化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和一种铵盐，该铵盐是NH₄F，含有离子键、共价键，
故答案为：离子键、共价键；
（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
根据盖斯定律，①-②×3+③×12得：3SiCl₄（g）+2N₂（g）+6H₂（g）=Si₃N₄（g）+12HCl（g）；△=-29.0kJ/mol，
故答案为：3SiCl₄（g）+2N₂（g）+6H₂（g）=Si₃N₄（g）+12HCl（g）；△=-29.0kJ/mol；
Ⅲ、原料B与碳得到粗产品与X反应，生成SiCl₄，则X为氯气，原料B与碳得到粗产品为Si，故B为SiO₂．Y与氯气在光照或点燃条件下可反应，且与SiCl₄反应得到高纯度Si，则Y为氢气．Z的焰色呈黄色，含有Na元素，电解A得到氢气、氯气与Z，则Z为NaOH、A为NaCl，
（1）由上述分析可知，原料B的主要成分是SiO₂，
故答案为：SiO₂；
（2）焦炭与SiO₂反应生成Si与CO，反应方程式为：SiO₂+2C

高温  .

Si+2CO↑，
故答案为：SiO₂+2C

高温  .

Si+2CO↑；
（3）上述生产流程中电解NaCl的水溶液时，阳极氯离子放电生成氯气，阳极材料若为Cu，则Cu放电，氯离子不能放电生成氯气，故阳极材料不能为Cu；
Cu为阳极电解NaCl的水溶液开始一段时间，阳极Cu放电生成铜离子，阳极电极反应式为：Cu-2e^-=Cu²⁺，
阴极水放电生成氢气与氢氧根离子，阴极电极反应式为：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，
故答案为：不能；Cu-2e^-=Cu²⁺；2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-．

点评：本题考查对信息的提取利用、常用化学用语、无机物推断、电解原理等，难度中等，（3）中推断物质是解题的关键，有助于学生能力的考查，必须活学活用才能解好这类试题．