Question

【題目】氮化硅硬度大、熔點高、不溶于酸（氫氟酸除外），是一種重要的結構陶瓷材料。一種用工業硅（含少量鉀、鈉、鐵、銅的氧化物），已知硅的熔點是1420℃，高溫下氧氣及水蒸氣能明顯腐蝕氮化硅。一種合成氮化硅的工藝流程如下：

（1）凈化N2和H2時，銅屑的作用是： ；硅膠的作用是 。

（2）在氮化爐中3SiO2(s)+2N2(g)=Si3N4(s) △H=－727.5kJ/mol，開始時為什么要嚴格控制氮氣的流速以控制溫度： ；體系中要通入適量的氫氣是為了 。

（3）X可能是 （選填：“鹽酸”、“硝酸”、“硫酸”、“氫氟酸”）。

（4）如何說明氮化硅產品已用水洗干凈？ 。

（5）用硅粉作硅源、疊氮化鈉（NaN3）作氮源，直接燃燒生成氮化硅（發生置換反應），該反應的化學方程式為： 。

Answer 1

【答案】（1）除去原料氣中的氧氣；除去生成的水蒸氣。

（2）這是放熱反應，防止局部過熱，導致硅熔化熔合成團，阻礙與N2的接觸；將體系中的氧氣轉化為水蒸氣，而易被除去。

（3）硝酸（4）洗滌后的濾出液呈中性（5）9Si+4NaN33Si3N4 +4Na↑

【解析】

試題分析：（1）Cu能與氧氣反應，則Cu屑的作用為除去原料氣中的氧氣；硅膠具有吸水性，可除去生成的水蒸氣；

（2）氮化爐中3SiO2（s）+2N2（g）=Si3N4（s）△H=-727.5kJ/mol，該反應為放熱反應，開始時嚴格控制氮氣的流速以控制溫度是防止局部過熱，導致硅熔化熔合成團，阻礙與N2的接觸；體系中要通入適量的氫氣是為將體系中的氧氣轉化為水蒸氣，而易被除去（或整個體系中空氣排盡）；

（3）氮化硅能與HF酸反應，鹽酸、稀硫酸均不與Cu反應，氮化硅中混有銅粉，為除去混有的Cu，可選擇硝酸，Cu與硝酸反應，而氮化硅與硝酸不反應；

（4）氮化硅不溶于水、不溶于酸（HF酸除外），若氮化硅產品用水洗干凈，則洗滌后的濾出液呈中性；（5）硅粉作硅源、疊氮化鈉（NaN3）作氮源，直接燃燒生成氮化硅，發生置換反應，還生成Na，該反應為9Si+4NaN33Si3N4 +4Na↑。