Question

20．氮化硅（Si₃N₄）是高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，具有優(yōu)良的性能，人們常常利用它來制造軸承、氣輪葉片、永久性模具等機(jī)械構(gòu)件．設(shè)計(jì)的合成氮化硅工藝流程如下：

（1）①電弧爐中發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)方程式是SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si（粗硅）+2CO↑．
②用石英砂和焦炭在電弧爐中高溫加熱也可以生產(chǎn)碳化硅，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiC+2CO↑，碳化硅俗稱金剛砂，具有金剛石結(jié)構(gòu)．
（2）在流化床反應(yīng)的產(chǎn)物中，SiCl₄大約占85%，還有Cl₂等，有關(guān)物質(zhì)沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如下表：

物質(zhì)	Si	SiCl4	Cl2
沸點(diǎn)/℃	2355	57.6	-34.1

提純SiCl₄的主要工藝操作依次是沉降、冷凝，其中溫度最好控制在C（填字母）．
A．略小于-34.1℃B．大于57.6℃C．略小于57.6℃D．-34.1℃
（3）①粉末狀Si₃N₄遇水能生成刺激性氣味，常用于做制冷劑的氣體和一種難溶性的酸，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是Si₃N₄+9H₂O=4NH₃↑+3H₂SiO₃↓．
②該合成氨化硅工藝流程中涉及的主要反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)的有2個(gè)．

Answer 1

分析 （1）①石英砂主要成分為二氧化硅，二氧化硅和碳在高溫的條件下反應(yīng)生成粗硅和一氧化碳；
②用石英砂和焦炭在電弧爐中高溫加熱生成碳化硅和一氧化碳，具有金剛石結(jié)構(gòu)的碳化硅俗稱金剛砂；
（2）分析數(shù)據(jù)，結(jié)合蒸餾原理分析控制沸點(diǎn)分離物質(zhì)；
（3）①Si₃N₄遇水水解，生成常用于做制冷劑的氣體為氨氣，一種難溶性的酸為硅酸，據(jù)此書寫；
②有元素的化合價(jià)變化的反應(yīng)一定為氧化還原反應(yīng)結(jié)合該合成氨化硅工藝流程中涉及的主要反應(yīng)分析．

解答 解：（1）①二氧化硅與碳在高溫條件下反應(yīng)生成硅和一氧化碳，化學(xué)方程式為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si（粗硅）+2CO↑；
故答案為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si（粗硅）+2CO↑；
②石英砂的主要成分是二氧化硅，在反應(yīng)中生成碳化硅，反應(yīng)為：SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiC+2CO↑，碳化硅俗稱金剛砂，
故答案為：SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiC+2CO↑；金剛砂；
（2）在流化床反應(yīng)的產(chǎn)物中，SiCl₄大約占85%，Si+3HCl═SiHCl₃+H₂，還有Cl₂等，利用沸點(diǎn)的不同提純SiCl₄屬于蒸餾，SiCl₄（沸點(diǎn)57.6℃）中含有少量SiHCl₃（沸點(diǎn)33.0℃）和HCl（沸點(diǎn)-84.7℃）和Cl₂（沸點(diǎn)-34.1℃），由于沸點(diǎn)差別較大，可以通過精餾（或蒸餾）除去雜質(zhì)，依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析可知，溫度應(yīng)控制在略小于57.6℃，
故答案為：C；
（3）①Si₃N₄遇水水解，生成常用于做制冷劑的氣體為氨氣，一種難溶性的酸為硅酸，反應(yīng)為：Si₃N₄+9H₂O=4NH₃↑+3H₂SiO₃↓，
故答案為：Si₃N₄+9H₂O=4NH₃↑+3H₂SiO₃↓；
②該合成氨化硅工藝流程中發(fā)生的主要反應(yīng)是：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si（粗硅）+2CO↑（氧化還原反應(yīng)），Si+2Cl₂$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$SiCl₄（氧化還原反應(yīng)），3SiCl₄+4NH₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl（非氧化還原反應(yīng)），
故答案為：2．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的有關(guān)知識(shí)，側(cè)重考查了硅及其化合物的有關(guān)知識(shí)，注意粗硅的提純反應(yīng)原理，題目難度中等．