Question

【題目】Si3N4是一種重要的新型無機非金屬材料，能被強堿腐蝕；實驗室可利用SiCl4蒸氣和NH3在1400℃、無水、無氧條件下反應制取氧化硅，實驗裝置示意圖（加熱和夾持裝置略去）和有關性質如下：

物質	熔點/℃	沸點/℃
SiCl4	﹣70	57.7	難溶解NH3和無機鹽，在潮濕空氣中極易水解
Si3N4	1900	﹣	性質穩定

請回答下列問題：
（1）裝置B中所加入的試劑名稱為 ．
（2）裝置C中的錐形瓶需要熱水浴，熱水浴加熱的優點為 ．
（3）反應開始前先組裝好儀器，（填操作步驟）后，再加裝藥品，接下來的操作是（請按正確的順序填寫下列步驟的序號）．
①滴加SiCl4②加熱裝置D ③加熱裝置A
（4）裝置D中發生反應的化學方程式為 ．
（5）反應過程中，裝置E中的現象為 ．
（6）測定產品中 Si3N4的含量，步驟為：
ⅰ．反應結束后，取200.0g裝置D中的物質，加入足量NaOH溶液，充分加熱反應；
ⅱ．將生成的氣體全部被200.0mL3.000molL﹣1鹽酸吸收（溶液體積變化忽略不計）；
ⅲ．取吸收后所得溶液20.00mL，用0.2500molL﹣1NaOH溶液滴定過量鹽酸；
ⅳ．重復滴定3次，平均消耗NaOH溶液32.00mL．
①步驟ⅰ中發生反應的離子方程式為 ．
②產品中Si3N4的質量分數為（保留3位有效數字）
（7）Si3N4抗腐蝕能力很強，但易被氫氟酸腐蝕，反應生成四氟化硅和一種銨鹽，該鹽的化學式為 ．

Answer 1

【答案】
（1）堿石灰
（2）藥品受熱均勻，容易控制溫度
（3）檢查裝置的氣密性；③②①
（4）3SiCl4+4NH3 Si3N4+12HCl
（5）有無色液體生成，并產生白煙
（6）Si3N4+6OH﹣+3H2O=3SiO32﹣+4NH3↑；9.10%
（7）NH4F
【解析】解：根據題目給出的信息，A中加熱碳酸氫銨固體分解制備氨氣，B為除去分解產生的二氧化碳和水蒸氣的除雜裝置，C為氨氣與SiCl4蒸氣均勻混合裝置，D為SiCl4蒸氣和NH3在1400℃、無水、無氧條件下反應制取氧化硅裝置，E為冷切收集裝置，F為尾氣處理裝置，（1）A中加熱碳酸氫銨固體分解制備氨氣，B為除去分解產生的二氧化碳和水蒸氣的除雜裝置，試劑選用堿石灰，
所以答案是：堿石灰；（2）C中的錐形瓶需要熱水浴，熱水浴加熱的優點為藥品受熱均勻，容易控制溫度，
所以答案是：藥品受熱均勻，容易控制溫度；（3）反應開始前先組裝好儀器，檢查裝置的氣密性，再加裝藥品，加熱裝置A制備氨氣，滴加SiCl4 ， 使其余氨氣均勻混合，再加熱裝置D，讓其發生反應制備氮化硅，
所以答案是：檢查裝置的氣密性；③②①；（4）裝置D中為氨氣與SiCl4發生反應的裝置，化學方程式為3SiCl4+4NH3 Si3N4+12HCl，
所以答案是：3SiCl4+4NH3 Si3N4+12HCl；（5）根據反應3SiCl4+4NH3 Si3N4+12HCl，生成的氮化硅受冷變為無色液體HCl遇到揮發出來的氨氣結合成氯化銨，產生白煙的現象，
所以答案是：有無色液體生成，并產生白煙；（6）氮化硅在堿性條件下加熱水解生成硅酸鈉和氨氣，用鹽酸吸收氨氣生成氯化銨，過量的鹽酸用氫氧化鈉溶液滴定，可確定剩余鹽酸的量，從而計算與氨氣反應的鹽酸的物質的量，最終確定氮元素的物質的量，
①氮化硅在堿性條件下加熱水解生成硅酸鈉和氨氣，離子方程式為Si3N4+6OH﹣+3H2O=3SiO32﹣+4NH3↑，
所以答案是：Si3N4+6OH﹣+3H2O=3SiO32﹣+4NH3↑；
②取吸收后所得溶液20.00mL，過量的鹽酸用氫氧化鈉溶液滴定時，用掉0.2500molL﹣1NaOH溶液32.00mL，物質的量為0.2500×0.032L=0.008mol，即過量的鹽酸的物質的量為0.008mol，則200mL中過量的鹽酸的物質的量為0.08mol，鹽酸總的物質的量為0.200L×3.000molL﹣1=0.6mol，故與氨氣反應的鹽酸的物質的量為0.6﹣0.08=0.52mol，NH3+HCl=NH4Cl，則氨氣為0.52mol，根據氮原子守恒知，n（ Si3N4）= =0.13mol，產品中Si3N4的質量分數= =9.10%，
所以答案是：9.10%；（7）Si3N4與氫氟酸反應，生成四氟化硅和氟化銨，
所以答案是：NH4F．