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主要流程如下：

（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）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
（3）硝酸
（4）洗滌后的濾出液呈中性
（5）9Si+4NaN3 3Si3N4+4Na↑
【解析】解：（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，所以答案是：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），
所以答案是：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；
（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，所以答案是：硝酸；
（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，所以答案是：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+4NaN3 3Si3N4+4Na↑，所以答案是：9Si+4NaN3 3Si3N4+4Na↑．