Question

【題目】硅是帶來人類文明的重要元素之一，從傳統(tǒng)材料到信息材料的發(fā)展過程中創(chuàng)造了一個又一個奇跡．
（1）新型陶瓷Si3N4的熔點高、硬度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定．工業(yè)上可以采用化學(xué)氣相沉積法，在H2的保護下，使SiCl4與N2反應(yīng)生成Si3N4沉積在石墨表面，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（2）一種用工業(yè)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主要流程如圖：
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(yán)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；
③X可能是（選填：“鹽酸”、“硝酸”、“硫酸”、“氫氟酸”）．
（3）工業(yè)上可以通過如圖2所示的流程制取純硅：
①個制備過程必須嚴(yán)格控制無水無氧．SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式；
②假設(shè)每一輪次制備1mol純硅，且生產(chǎn)過程中硅元素沒有損失，反應(yīng)Ⅰ中HCl的利 用率為90%，反應(yīng)Ⅱ中H2的利用率為93.75%．則在第二輪次的生產(chǎn)中，補充投入HCl和H2的物質(zhì)的量之比是 ．

Answer 1

【答案】
（1）3SiCl4+2N2+6H2 Si3N4+12HCl
（2）除去原料氣中的氧氣；除去生成的水蒸氣；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，防止局部過熱，導(dǎo)致硅熔化熔合成團，阻礙與N2的接觸；將體系中的氧氣轉(zhuǎn)化為水蒸氣，而易被除去（或?qū)⒄麄�體系中空氣排盡）；硝酸
（3）3SiHCl3+3H2O═H2SiO3+H2↑+3HCl；5：1
【解析】（1）由信息：四氯化硅和氮氣在氫氣的氣氛保護下，加強熱發(fā)生反應(yīng)，可得較高純度的氮化硅以及氯化氫，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3SiCl4+2N2+6H2 Si3N4+12HCl，故答案為：3SiCl4+2N2+6H2 Si3N4+12HCl；（2）①Cu能與氧氣反應(yīng)，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，故答案為：除去原料氣中的氧氣；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(yīng)為放熱反應(yīng)，開始時嚴(yán)格控制氮氣的流速以控制溫度是防止局部過熱，導(dǎo)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(zhuǎn)化為水蒸氣，而易被除去（或整個體系中空氣排盡）， 故答案為：該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，防止局部過熱，導(dǎo)致硅熔化熔合成團，阻礙與N2的接觸；將體系中的氧氣轉(zhuǎn)化為水蒸氣，而易被除去（或?qū)⒄麄�體系中空氣排盡）；③氮化硅能與HF酸反應(yīng)，鹽酸、稀硫酸均不與Cu反應(yīng)，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(yīng)，而氮化硅與硝酸不反應(yīng)，故答案為：硝酸；（3）①SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和氫氣：3SiHCl3+3H2O═H2SiO3+H2↑+3HCl，故答案為：3SiHCl3+3H2O═H2SiO3+H2↑+3HCl；③反應(yīng)生產(chǎn)1mol純硅需補充HCl：： ﹣3= ，需補充H2： ﹣1≈0.064，則補充HCl與H2的物質(zhì)的量之比= ：0.064≈5：1，故答案為：5：1．（1）根據(jù)信息：四氯化硅和氮氣在氫氣的氣氛保護下，加強熱發(fā)生反應(yīng)，除生成氮化硅外還有氯化氫生成；（2）①Cu能與氧氣反應(yīng)，硅膠具有吸水性；②控制氮氣的流速是防止溫度過高，體系中要通入適量的氫氣可將氧氣轉(zhuǎn)化為水蒸氣；③氮化硅能與HF酸反應(yīng)，鹽酸、稀硫酸均不與Cu反應(yīng)，氮化硅中混有銅粉；（3）①SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和氫氣；②反應(yīng)生產(chǎn)1mol純硅需補充HCl： ﹣3，需補充H2： ﹣1．
選做題（三選一）（共1小題，滿分14分）【化學(xué)選修2：化學(xué)與技術(shù)】