Question

（14分）氮化硅（Si₃N₄）是一种优良的高温结构陶瓷，在航天航空、汽车发动机、机械等领域有着广泛的用途。工业上有多种方法来制备氮化硅，常见的方法有：

（1）在1 300-l 400℃时，高纯粉状硅与纯氮气化合，其反应方程式为_________。

（2）在高温条件下利用四氯化硅气体、纯氮气、氢气反应生成氮化硅和HCl。

①已知：25℃，101 kPa条件下的热化学方程式：

3Si（s）+2N₂（g）=Si₃N₄（s）  △H= -750.2kJ/mol

Si（s）+2Cl₂（g）=SiCl₄（g）  △H=-609.6 kJ/mol

H₂（g）+Cl₂（g）=2HCl（g）  △H=--184.6 kJ/mol

四氯化硅气体与氮气、氢气反应的热化学方程式为____________________。

②工业上制取高纯硅和四氯化硅的生产流程如下：

已知：X，高纯硅、原料B的主要成分都可与Z反应，Y与X在光照或点燃条件下可反应，Z的焰色呈黄色。

上述生产流程中电解A的水溶液时，阳极材料能否用Cu？________（填“能”或“不能”）。写出Cu为阳极电解A的水溶液开始一段时间阴阳极的电极方程式。阳极:        ；阴极：         。

（3）由石英砂合成氮化硅粉末的路线图如下所示

（把图中的①·⑤改为I-V）

①石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：                。

②图示I-V的变化中，属于氧化还原反应的是          。

③SiCl₄在潮湿的空气中剧烈水解，产生白雾，军事工业中用于制造烟雾剂。SiCl₄水解的化学方程式为___________________。

④在反应IV中四氯化硅与氨气反应生成Si（NH₂）₄和一种气体        （填分子式）；在反应V中Si（NH₂）₄受热分解，分解后的另一种产物的分子式为           。

Answer

（14分）

（1）3Si+2N2Si3N4 （1分）

（2）①3SiCl4（g）+2N2（g）+6H2（g）=Si3N4（g）+12HCl（g） △H=-29.0kJ/mol （2分）

②不能（1分） Cu-2e-=Cu2+ （1分） 2H2O+2e-=H2↑+2OH-（1分）

（3）①SiO2+2NaOH =Na2SiO3+H2O （2分）

② I、II（2分）

③SiCl4+3H2O=4HCl↑+H2SiO3↓（2分）

④ HCl （1分） NH3 （1分）

【解析】

试题分析：（1）在1 300-l 400℃时，高纯粉状硅与纯氮气化合生成氮化硅，化学方程式是3Si+2N2Si3N4；

（2）①根据盖斯定律，将氯气、硅消去，得到四氯化硅气体与氮气、氢气反应的热化学方程式的反应热为△H=-（-609.6 kJ/mol）×3+（-750.2kJ/mol）+6×（-184.6 kJ/mol）=-29.0kJ/mol，则该反应的热化学方程式是3SiCl4（g）+2N2（g）+6H2（g）=Si3N4（g）+12HCl（g） △H=-29.0kJ/mol；

②Y与X在光照或点燃条件下可反应，Z的焰色呈黄色，判断Y和X为氢气和氯气，光照或点燃条件下反应生成HCl，则A为KCl溶液，电解得到氢气、氯气、KOH，所以Z为KOH；X为氯气，Y为氢气；原料B的主要成分与KOH溶液反应，则B的主要成分为二氧化硅；所以电解饱和KCl溶液的阳极不能是Cu,否则在阳极析出的不是氯气与是Cu失去电子生成铜离子，进入溶液；所以Cu为阳极时，阳极的反应式是Cu-2e-=Cu2+ ；开始铜离子浓度较小，则在阴极是氢离子放电生成氢气， 2H2O+2e-=H2↑+2OH-，铜离子浓度增大后，则为铜离子放电生成Cu单质；

（3）①石英砂中含有二氧化硅，可与氢氧化钠反应生成硅酸钠和水，化学方程式是SiO2+2NaOH =Na2SiO3+H2O；

②氧化还原反应的特征是反应过程中存在元素化合价的变化，在图示I-V的变化中，属于氧化还原反应的是只有I、II；

③SiCl4在潮湿的空气中水解生成硅酸和HCl，产生白雾和固体，形成烟雾，化学方程式是：SiCl4+3H2O=4HCl↑+H2SiO3↓；

④在反应IV中四氯化硅与氨气反应生成Si（NH2）4，根据元素守恒，则另一种气体为 HCl；在反应V中Si（NH2）4受热分解，分解生成氮化硅和氨气，则另一种产物的分子式为NH3 。

考点：考查工业流程的分析判断，化学方程式的书写，电化学反应原理的应用