Question

【題目】氮化硅（Si3N4）可用作高溫陶瓷復合材料，在航空航天、汽車發動機、機械等領域有著廣泛的應用。由石英砂合成氮化硅粉末的路線如圖所示。

其中—NH2中各元素的化合價與NH3相同。

請回答下列問題：

（1）石英砂不能與堿性物質共同存放，以NaOH為例，用化學方程式表示其原因：_________________。

（2）圖示①～⑤的變化中，屬于氧化還原反應的是________________。

（3）SiCl4在潮濕的空氣中劇烈反應，產生白霧，軍事工業中用于制造煙霧劑。SiCl4水解的化學方程式為_______________________________________。

（4）SiCl4和氨氣在1400℃下可以制取氮化硅，反應化學方程式為___________________________。

（5）反應①的化學方程式為2C+ SiO2Si+2CO↑，此反應中若碳充足，可能生成SiC和CO，寫出該副反應的化學方程式_____________________________________，其中氧化劑和還原劑的物質的量之比為__________。

Answer 1

【答案】 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O ①② SiCl4＋3H2O===4HCl↑＋H2SiO3↓或SiCl4＋4H2O===4HCl↑＋H4SiO4↓ 3SiCl4+4NH3Si3N4+12HCl 3C+SiO2SiC+2CO↑ 1:2

【解析】試題分析：本題以石英砂合成氮化硅的路線為載體，考查SiO2的性質、化學方程式的書寫、氧化還原反應的分析。

（1）石英砂的主要成分為SiO2，SiO2屬于酸性氧化物，SiO2與堿性物質反應，SiO2與NaOH反應生成Na2SiO3和H2O，反應的化學方程式為SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O。

（2）①的化學方程式為SiO2+2CSi+2CO↑，該反應中Si元素的化合價由+4價降至0價，C元素的化合價由0價升至+2價，為氧化還原反應；②的化學方程式為Si+2Cl2SiCl4，Si元素的化合價由0價升至+4價，Cl元素的化合價由0價降至-1價，為氧化還原反應；③為物理變化；④的化學方程式為SiCl4+4NH3=Si（NH2）4+4HCl，-NH2中各元素的化合價與NH3相同，反應前后元素的化合價不變，該反應不是氧化還原反應；⑤的化學方程式為3Si（NH2）4Si3N4+8NH3，反應前后元素的化合價不變，該反應不是氧化還原反應；①~⑤的變化中，屬于氧化還原反應的是①②。

（3）SiCl4在潮濕的空氣中劇烈反應產生白霧，軍事工業中用于制造煙霧劑，說明SiCl4水解生成HCl氣體和硅酸，SiCl4水解的化學方程式為SiCl4+3H2O=H2SiO3↓+4HCl↑或SiCl4+4H2O=H4SiO4↓+4HCl↑。

（4）SiCl4和氨氣在1400℃下反應生成Si3N4，根據原子守恒，該反應還生成HCl，反應的化學方程式為3SiCl4+4NH3Si3N4+12HCl。

（5）充足的碳與SiO2高溫下反應生成SiC和CO的化學方程式為SiO2+3CSiC+2CO↑。在該反應中，C元素的化合價部分由0價升至CO中的+2價，部分由0價降至SiC中的-4價，C既是氧化劑又是還原劑，3molC參與反應，2mol被氧化作還原劑，1mol被還原作氧化劑，氧化劑和還原劑物質的量之比為1:2。