Question

【題目】硅是帶來人類文明的重要元素之一，從傳統材料到信息材料的發展過程中創造了一個有一個奇跡．
（1）新型陶瓷Si3N4的熔點高、硬度大、化學性質穩定．工業上可以采用化學氣相沉積法，在H2的保護下，使SiCl4與N2反應生成Si3N4沉積在石墨表面，寫出該反應的化學方程式 ．
（2）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）工業上可以通過如圖所示的流程制取純硅：
①整個制備過程必須嚴格控制無水無氧．SiHCl3遇水劇烈反應，寫出該反應的化學方程式 ．
②假設每一輪次制備1mol純硅，且生產過程中硅元素沒有損失，反應Ⅰ中HCl的利用率為90%，反應Ⅱ中H2的利用率為93.75%．則在第二輪次的生產中，補充投入HCl和H2的物質的量之比是 ．

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；該反應為放熱反應，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（或將整個體系中空氣排盡）；硝酸
（3）SiHCl3+3H2O=H2SiO3+3HCl+H2↑；5：1
【解析】解：（1.）由信息：四氯化硅和氮氣在氫氣的氣氛保護下，加強熱發生反應，可得較高純度的氮化硅以及氯化氫，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，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），故答案為：該反應為放熱反應，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（或將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，故答案為：硝酸；
（3.）①SiHCl3遇水劇烈反應生成H2SiO3、HCl和氫氣：3SiHCl3+3H2O═H2SiO3+H2↑+3HCl，故答案為：3SiHCl3+3H2O═H2SiO3+H2↑+3HCl；③反應生產1mol純硅需補充HCl： ﹣3，需補充H2： ﹣1，補充HCl與H2的物質的量之比為≈5：1．故答案為：5：1．
（1）根據信息：四氯化硅和氮氣在氫氣的氣氛保護下，加強熱發生反應，除生成氮化硅外還有氯化氫生成；（2）①Cu能與氧氣反應，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化為水蒸氣；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；（3）①SiHCl3遇水劇烈反應生成H2SiO3、HCl和氫氣；②反應生產1mol純硅需補充HCl： ﹣3，需補充H2： ﹣1．