Question

氮化硅Si₃N₄是一種非氧化物高溫陶瓷結構材料．粉末狀的Si₃N₄可以由SiCl₄的蒸氣和NH₃氣的混合物反應制取．粉末狀Si₃N₄對空氣和水都不穩定，粉末狀Si₃N₄遇水能生成一種有刺激性氣味、常用做制冷劑的氣體和一種難溶性的酸；粉末狀Si₃N₄與空氣接觸能產生N₂和另外一種物質．但是，將粉末狀Si₃N₄和適量MgO（難熔）在230℃1.01×10⁵Pa和185℃的密閉容器中熱處理，可以得到結構十分緊密、對空氣和水都相當穩定的固體材料．
（1）寫出由SiCl₄和NH₃制備Si₃N₄的反應方程式：

3SiCl₄+4NH₃═Si₃N₄+12HCl

．
（2）分別寫出粉末狀Si₃N₄和H₂O及O₂反應的方程式：

Si₃N₄+9H₂O═3H₂SiO₃+4NH₃

；

Si₃N₄+3O₂═3SiO₂+2N₂

．
（3）為什么結構緊密的固體Si₃N₄不再受H₂O和O₂的侵蝕？

Answer 1

分析：（1）根據反應物和生成物利用原子守恒寫出化學方程式；
（2）粉末狀Si₃N₄遇水能生成一種有刺激性氣味、常用做制冷劑的氣體是氨氣和一種難溶性的酸是硅酸；粉末狀Si₃N₄與空氣接觸能產生N₂和另外一種物質，根據原子守恒可知為二氧化硅；
（3）固體Si₃N₄表面形成致密的氧化膜．

解答：解：（1）SiCl₄的蒸氣和NH₃的混合物反應生成Si₃N₄，其化學方程式為：3SiCl₄+4NH₃═Si₃N₄+12HCl；故答案為：3SiCl₄+4NH₃═Si₃N₄+12HCl；
（2）粉末狀Si₃N₄遇水能生成一種有刺激性氣味、常用做制冷劑的氣體是氨氣和一種難溶性的酸是硅酸，其反應方程式為：Si₃N₄+9H₂O═3H₂SiO₃+4NH₃；粉末狀Si₃N₄與空氣接觸能產生N₂和另外一種物質，根據原子守恒可知為二氧化硅，其反應方程式為Si₃N₄+3O₂═3SiO₂+2N₂；
故答案為：Si₃N₄+9H₂O═3H₂SiO₃+4NH₃；Si₃N₄+3O₂═3SiO₂+2N₂；
（3）因為在加壓和加熱條件下Si₃N₄顆粒表面生成了SiO₂，與MgO一起形成致密的氧化物保護膜，使固體Si₃N₄不再受H₂O和O₂的侵蝕；
故答案為：在加壓和加熱條件下Si₃N₄顆粒表面生成了SiO₂，與MgO一起形成致密的氧化物保護膜．

點評：本題考查硅和二氧化硅的性質與用途，題目難度較大，注意根據質量守恒書寫化學方程式．