题目内容

8．氮化硅（Si3N4）是一种优良的高温结构陶瓷，在航天航空、汽车发动机、机械等领域有着广泛的用途．工业上有多种方法来制备氮化硅，常见的方法有：
（1）在1 300-l 400℃时，高纯粉状硅与纯氮气化合，其反应方程式为3Si+2N2$\frac{\underline{\;1300～1400℃\;}}{\;}$Si3N4．
（2）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．
①已知：25℃，101kPa条件下的热化学方程式：
3Si（s）+2N2（g）=Si3N4（s）△H=-750.2kJ/mol
Si（s）+2Cl2（g）=SiCl4（g）△H=-609.6kJ/mol
1/2H2（g）+1/2Cl2（g）=HCl（g）△H=-92.3kJ/mol
四氯化硅气体与氮气、氢气反应的热化学方程式为3SiCl4（g）+2N2（g）+6H2（g）=Si3N4（g）+12HCl（g）△H=-29.0kJ/mol．
②工业上制取高纯硅和四氯化硅的生产流程如图1：
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．上述生产流程中电解A的水溶液时，阳极材料能否用Cu？不能（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方程式．阳极：Cu-2e-=Cu2+；阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH-．
（3）由石英砂合成氮化硅粉末的路线图如图2所示
①石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O．
②图2示I-V的变化中，属于氧化还原反应的是I、Ⅱ．
③SiCl4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水解的化学方程式为SiCl4+3H2O=4HCl↑+H2SiO3↓．
④在反应IV中四氯化硅与氨气反应生成Si（NH2）4和一种气体HCl（填分子式）；在反应V中Si（NH2）4受热分解，分解后的另一种产物的分子式为NH3．

分析 （1）硅与氮气反应生成Si3N4；
（2）①已知：Ⅰ.3Si（s）+2N2（g）=Si3N4（s）△H=-750.2kJ/mol
Ⅱ．Si（s）+2Cl2（g）=SiCl4（g）△H=-609.6kJ/mol
Ⅲ.$\frac{1}{2}$H2（g）+$\frac{1}{2}$Cl2（g）=HCl（g）△H=-92.3kJ/mol
根据盖斯定律，Ⅰ-Ⅱ×3+Ⅲ×12可得：3SiCl4（g）+2N2（g）+6H2（g）=Si3N4（g）+12HCl（g），反应热也进行相应的计算；
②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；
（3）①二氧化硅与氢氧化钠反应生成硅酸钠与水；
②反应Ⅰ为置换反应，反应Ⅱ为有单质参加的化合反应，Ⅲ中物质未发生变化，Ⅳ中元素化合物均为发生变化；
③SiCl4水解得到HCl、H2SiO3；
④在反应IV中四氯化硅与氨气反应生成Si（NH2）4和一种气体，由元素守恒可知，该气体为HCl；在反应V中Si（NH2）4受热分解生成Si3N4，由原子守恒可知另一种产物为NH3．

解答 解：（1）硅与氮气反应生成Si3N4，反应方程式为：3Si+2N2$\frac{\underline{\;1300～1400℃\;}}{\;}$Si3N4，
故答案为：3Si+2N2$\frac{\underline{\;1300～1400℃\;}}{\;}$Si3N4；
（2）①已知：Ⅰ.3Si（s）+2N2（g）=Si3N4（s）△H=-750.2kJ/mol
Ⅱ．Si（s）+2Cl2（g）=SiCl4（g）△H=-609.6kJ/mol
Ⅲ.$\frac{1}{2}$H2（g）+$\frac{1}{2}$Cl2（g）=HCl（g）△H=-92.3kJ/mol
根据盖斯定律，Ⅰ-Ⅱ×3+Ⅲ×12可得：3SiCl4（g）+2N2（g）+6H2（g）=Si3N4（g）+12HCl（g），故△H=-750.2kJ/mol-3×（-609.6kJ/mol）+12×（-92.3kJ/mol）=-29.0kJ/mol，
故答案为：3SiCl4（g）+2N2（g）+6H2（g）=Si3N4（g）+12HCl（g）△H=-29.0kJ/mol；
②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．
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-；
（3）①二氧化硅与氢氧化钠反应生成硅酸钠与水，反应方程式为：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O，
故答案为：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O；
②反应Ⅰ为置换反应，反应Ⅱ为有单质参加的化合反应，二者均属于氧化还原反应，Ⅲ中物质未发生变化，未发生化学变化，Ⅳ中元素化合物均为发生变化，属于非氧化还原反应，
故答案为：I、Ⅱ；
③SiCl4水解得到HCl、H2SiO3，反应方程式为：SiCl4+3H2O=4HCl↑+H2SiO3↓，
故答案为：SiCl4+3H2O=4HCl↑+H2SiO3↓；
④在反应IV中四氯化硅与氨气反应生成Si（NH2）4和一种气体，由元素守恒可知，该气体为HCl；在反应V中Si（NH2）4受热分解生成Si3N4，由原子守恒可知另一种产物为NH3，
故答案为：HCl；NH3．

点评 本题属于拼合型题目，涉及化学工艺流程、无机物推断、电解原理、热化学方程式书写等，有利用学生能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力．

练习册系列答案
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20．在容积一定的密闭容器中，可逆反应：A2 （g）+B2（g）?xC（g） 符合下列图Ⅰ所示关系．由此推断，对图Ⅱ的说法正确的是（　　）
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元素编号ABCDEFGHIJ
原子半径（10-10m）1.022.270.741.430.771.100.991.860.751.17
最高正价+6+1无+3+4+5+7+1+5+4
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