Question

氮化硅Si₃N₄是一种非氧化物高温陶瓷结构材料。粉末状的Si₃N₄可以由SiCl₄的蒸气和NH₃气的混合物反应制取。粉末状Si₃N₄对空气和水都不稳定。但是，将粉末状Si₃N₄和适量MgO在230×1.01×10⁵Pa和185℃的密闭容器中热处理，可以得到结构十分紧密、对空气和水都相当稳定的固体材料。

　　(1)写出由SiCl₄的蒸气和NH₃气制备Si₃N₄的反应方程式；

　　(2)分别写出粉末状Si₃N₄和H₂O及O₂反应的方程式；

　　(3)为什么结构紧密的固体Si₃N₄不再受H₂O和O₂的侵蚀?

Answer 1

(1)3SiCl₄十4NH₃=Si₃N₄十12HCl；　　(2)Si₃N₄十6H₂O=3SiO₂十4NH₃↑；Si₃N₄十3O₂＝3SiO₂十3N₂；　　(3)Si₃N₄与MgO在密闭容器中热处理后使Si₃N₄固体表面形成一层SiO₂保护层，阻止了Si₃N₄继续受空气中的O₂、H₂O的侵蚀。

解析:

SiCl₄与NH₃反应生成Si₃N₄的同时应该有HCl生成。由Si—N键的键能小于Si一O键的键能，Si₃N₄与H₂O反应时，Si—N键向Si—O键转化，生成SiO₂，同时应该有NH₃生成。同样，Si₃N₄与和O₂反应时，产物应有SiO₂生成，同时生成稳定的N₂；而与MgO在一定条件下反应，生成结构紧密的SiO₂覆盖在Si₃N₄固体表面，阻止了Si₃N₄继续受空气中的H₂O和O₂的侵蚀。