Question

硅在材料王國中具有舉足輕重的位置．請解答下列試題：
（1）硅的制備方法是制約太陽能發展的瓶頸，硅的制備原料是石英砂，石英與焦炭在高溫電爐中反應可以制得硅．該反應的化學方程式是

 

，該反應的氣體產物是一氧化碳，不是二氧化碳，其原因是

 

．
（2）氮化硅Si₃N₄是一種高溫結構材料，粉末狀態的Si₃N₄可以由SiCl₄的蒸氣和NH₃反應制取．粉末狀Si₃N₄對空氣和水都不穩定．但將粉末狀的Si₃N₄和適量氧化鎂在230×1.01×l0⁵Pa和185℃的密閉容器中熱處理，可以制得結構十分緊密、對空氣和水都相當穩定的固體材料，同時還得到對水不穩定的Mg₃N₂．
①寫出由SiCl₄和NH₃反應制取Si₃N₄的化學反應方程式

 

；
②現用四氯化硅和氮氣在氫氣氣氛保護下，加強熱發生反應，使生成的Si₃N₄沉積在石墨表面可得較高純度的氮化硅，該制造方法稱為：

 

；反應的化學方程式為

 

；該法還可制造金剛石薄膜，反應的化學方程式為

 

．
③在Si₃N₄和適量氧化鎂在230×1.01×10⁵ Pa和185℃的密閉容器中熱處理的過程中，除生成Mg₃N₂外，還可能生成

 

物質．熱處理后除去MgO和Mg₃N₂的方法是

 

．

Answer 1

分析：（1）焦炭與二氧化硅反應生成硅單質和一氧化碳；焦炭與二氧化碳反應生成一氧化碳；
（2）①根據反應物和生成物寫出化學方程式；
②化學氣相沉積法是兩種或兩種以上的氣態原材料導入到一個反應室內，然后他們相互之間發生化學反應，形成一種新的材料，沉積到晶片表面上，根據反應物和生成物寫出化學方程式；
③Si₃N₄與MgO反應除生成Mg₃N₂外還可能生成SiO₂，SiO₂與鹽酸不反應，而Mg₃N₂、MgO溶于鹽酸的性質．

解答：解：（1）高溫條件下，焦炭與二氧化硅發生氧化還原反應，因為碳的氧化產物為氣體，從反應體系中隨時脫離，從而保證該反應能夠順利進行，化學方程式SiO₂+2C

高溫  .

Si+2C0↑；由于二氧化碳有氧化性，所以在電爐那種高溫還原性氛圍中，二氧化碳根本不存在，
故答案為：SiO₂+2C

高溫  .

Si+2C0↑；高溫條件下焦炭和二氧化碳不共存，即焦炭與二氧化碳反應生成一氧化碳；
（2）①SiCl₄和NH₃反應生成Si₃N₄和氯化氫，反應化學反應方程式：3SiCl₄+2NH₃

高溫  .

Si₃N₄+12HCl，故答案為：3SiCl₄+2NH₃

高溫  .

Si₃N₄+12HCl；
②由題條件可判斷該制造方法稱為化學氣相沉積法；SiCl₄與N₂、H₂反應生成Si₃N₄，還應生成HCl，化學方程式為3SiCl₄+2N₂+6H₂

高溫  .

Si₃N₄+12HCl；由甲烷CH₄制造金剛石，則需使甲烷加強熱分解生成金剛石、石碳單質和氫氣，CH₄

一定條件  .

C（金剛石）+2H₂，
故答案為：化學氣相沉積法；3SiCl₄+2N₂+6H₂

高溫  .

Si₃N₄+12HCl；CH₄

一定條件  .

C（金剛石）+2H₂；
③由元素守恒判斷，Si₃N₄與MgO反應除生成Mg₃N₂外還可能生成SiO₂，利用SiO₂與鹽酸不反應，而Mg₃N₂、MgO溶于鹽酸的性質，可采用加入足量稀鹽酸的方法，使MgO、Mg₃N₂溶解后過濾，故答案為：SiO₂；加足量稀鹽酸過濾．

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．