Question

氮化硅硬度大、熔点高、不溶于酸（氢氟酸除外），是一种重要的结构陶瓷材料。一种用工业硅（含少量钾、钠、铁、铜的氧化物），已知硅的熔点是1420℃，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种合成氮化硅的工艺流程如下：

（1）净化N₂和H₂时，铜屑的作用是：                  ；硅胶的作用是           。

（2）在氮化炉中3SiO₂(s)+2N₂(g)=Si₃N₄(s) △H=－727.5kJ/mol，开始时为什么要严格控制氮气的流速以控制温度：             ；体系中要通入适量的氢气是为了                         。

（3）X可能是              （选填：“盐酸”、“硝酸”、“硫酸”、“氢氟酸”）。

（4）如何说明氮化硅产品已用水洗干净？                            。

（5）用硅粉作硅源、叠氮化钠（NaN₃）作氮源，直接燃烧生成氮化硅（发生置换反应），该反应的化学方程式为：                                      。

Answer

（1）除去原料气中的氧气；除去生成的水蒸气。

（2）这是放热反应，防止局部过热，导致硅熔化熔合成团，阻碍与N2的接触；将体系中的氧气转化为水蒸气，而易被除去。

（3）硝酸（4）洗涤后的滤出液呈中性（5）9Si+4NaN33Si3N4 +4Na↑

【解析】

试题分析：（1）Cu能与氧气反应，则Cu屑的作用为除去原料气中的氧气；硅胶具有吸水性，可除去生成的水蒸气；

（2）氮化炉中3SiO2（s）+2N2（g）=Si3N4（s）△H=-727.5kJ/mol，该反应为放热反应，开始时严格控制氮气的流速以控制温度是防止局部过热，导致硅熔化熔合成团，阻碍与N2的接触；体系中要通入适量的氢气是为将体系中的氧气转化为水蒸气，而易被除去（或整个体系中空气排尽）；

（3）氮化硅能与HF酸反应，盐酸、稀硫酸均不与Cu反应，氮化硅中混有铜粉，为除去混有的Cu，可选择硝酸，Cu与硝酸反应，而氮化硅与硝酸不反应；

（4）氮化硅不溶于水、不溶于酸（HF酸除外），若氮化硅产品用水洗干净，则洗涤后的滤出液呈中性；（5）硅粉作硅源、叠氮化钠（NaN3）作氮源，直接燃烧生成氮化硅，发生置换反应，还生成Na，该反应为9Si+4NaN33Si3N4 +4Na↑。

【考点定位】本题主要是考查物质制备实验方案的设计的相关知识

【名师点晴】掌握相关物质的性质、搞清楚流程图是解答的关键。流程的呈现形式有：①操作流程；②物质变化流程；③装置流程。解题时首先要明确原料和产品(包括副产品)，即箭头进出方向，其次依据流程图分析反应原理，紧扣信息，搞清流程中每一步发生了什么反应——知其然，弄清有关反应原理，明确目的(如沉淀反应、除杂、分离)——知其所以然，最后联系储存的知识，有效地进行信息的利用，准确表述和工整书写。由于工艺流程常与溶液的配制、物质的分离及定量测定等基本操作有机结合起来，所以只有复习时牢固掌握实验基础知识，才能有效结合题中的信息，准确答题。