Question

7．氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航天航空、汽车发动机、机械等领域有着广泛的用途．由石英砂合成氮化硅粉末的路线图如图所示．

其中-NH₂基团中各元素的化合价与NH₃相同．请回答下列问题：
（1）石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学反应方程式表示其原因：SiO₂+2NaOH═Na₂SiO₃+H₂O．
（2）图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是①②．
（3）SiCl₄在潮湿的空气中剧烈水解，产生白雾，军事工业中用于制造烟雾剂．SiCl₄水解的化学反应方程式为SiCl₄+3H₂O═4HCl↑+H₂SiO₃↓．
（4）在反应⑤中，3mol Si（NH₂）₄在高温下加热可得1mol氮化硅粉末和8mol A气体，则氮化硅的化学式为Si₃N₄．
（5）在高温下将SiCl₄在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A．写出SiCl₄与B和C两种气体反应的化学方程式：3SiCl₄+2N₂+6H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl．

Answer 1

分析 根据题中反应流程可知，石英砂在高温下被碳还原得到粗硅，粗硅与氯气反应生成粗四氯化硅，精馏后得到较纯的四氯化硅，四氯化硅在高温下与氨反应生成四氨基硅，四氨基硅高温下生成氮化硅，
（1）石英砂主要成分是二氧化硅，二氧化硅与强碱反应生成可溶性硅酸盐；
（2）氧化还原反应必须有化合价的变化，据此判断；
（3）SiCl₄在潮湿的空气中剧烈水解，产生白雾，说明有氯化氢产生，根据元素守恒可写出反应方程式；
（4）依据原子个数守恒判断氮化硅的化学式；
（5）根据质量守恒可知四氯化硅和氮气在氢气的气氛保护下，加强热发生反应，除生成氮化硅外还有氯化氢生成．’

解答 解：根据题中反应流程可知，石英砂在高温下被碳还原得到粗硅，粗硅与氯气反应生成粗四氯化硅，精馏后得到较纯的四氯化硅，四氯化硅在高温下与氨反应生成四氨基硅，四氨基硅高温下生成氮化硅，
（1）石英砂主要成分是二氧化硅，二氧化硅与强碱氢氧化钠溶液反应生成可溶性硅钠和水，反应的化学方程式为：SiO₂+2NaOH═Na₂SiO₃+H₂O；
故答案为：SiO₂+2NaOH═Na₂SiO₃+H₂O；
（2）①石英砂到粗硅，硅元素化合价降低，属于氧化还原反应，故选；
②粗硅与氯气反应生成四氯化硅，硅元素化合价升高，属于氧化还原反应，故选；
③四氯化硅精馏属于物理变化，故不选；
④四氯化硅与氨气反应，不存在化合价的变化，不是氧化还原反应，故不选；
⑤Si（NH₂）₄高温生成氮化硅，没有化合价的变化，不是氧化还原反应，故不选；
故选：①②；
（3）SiCl₄在潮湿的空气中剧烈水解，产生白雾，说明有氯化氢产生，反应方程式为SiCl₄+3H₂O═4HCl↑+H₂SiO₃↓，
故答案为：SiCl₄+3H₂O═4HCl↑+H₂SiO₃↓；
（4）3mol Si（NH₂）₄和在高温下加热可得1mol氮化硅粉末和8mol A气体，依据原子个数守恒可知，氮化硅含有4氮原子和3个硅原子，化学式：Si₃N₄；
故答案为：Si₃N₄；
（5）四氯化硅和氮气在氢气的气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅以及氯化氢，方程式为：3SiCl₄+2N₂+6H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl，
故答案为：3SiCl₄+2N₂+6H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl．

点评 本题主要考查了硅及其化合物知识，熟悉硅及其化合物的化学性质是解题关键，注意氧化还原反应的判断依据：是否有化合价的变化，题目难度不大．