Question

(12分) 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）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

（1）除去原料氣中的氧氣（2分）；除去生成的水蒸氣（2分）。
（2）這是放熱反應，防止局部過熱，導致硅熔化熔合成團，阻礙與N₂的接觸（2分）；
將體系中的氧氣轉化為水蒸氣，而易被除去（若答將整個體系中空氣排盡也可得分）（2分）。
（3）硝酸（2分） （4）9Si+4NaN₃3Si₃N₄ +4Na↑（2分）

（1）由于氧氣和水蒸氣都能腐蝕氮化硅，而氮氣和氫氣中含有水蒸氣和氧氣，所以銅屑的作用是除去氧氣，硅膠是除去水蒸氣的。
（2）因為這是放熱反應，如果溫度過高，局部過熱，會導致硅熔化熔合成團，阻礙與N₂的接觸；通入氫氣能將體系中的氧氣轉化為水蒸氣，而易被除去。
（3）由于關于硅中含有銅的氧化物，在反應中氧化銅能被還原生成銅，因此要除去銅應該選擇硝酸，鹽酸和硫酸不能溶解銅，氫氟酸能腐蝕氮化硅。
（4）由于是置換反應，所以另一種生成物是鈉，方程式未9Si+4NaN₃3Si₃N₄ +4Na↑。