Question

【题目】氮化硅（Si3N4）可用作高温陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示。

其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。

请回答下列问题：

（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①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是________________。

（3）SiCl4在潮湿的空气中剧烈反应，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）SiCl4和氨气在1400℃下可以制取氮化硅，反应化学方程式为___________________________。

（5）反应①的化学方程式为2C+ SiO2Si+2CO↑，此反应中若碳充足，可能生成SiC和CO，写出该副反应的化学方程式_____________________________________，其中氧化剂和还原剂的物质的量之比为__________。

Answer 1

【答案】 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O ①② SiCl4＋3H2O===4HCl↑＋H2SiO3↓或SiCl4＋4H2O===4HCl↑＋H4SiO4↓ 3SiCl4+4NH3Si3N4+12HCl 3C+SiO2SiC+2CO↑ 1:2

【解析】试题分析：本题以石英砂合成氮化硅的路线为载体，考查SiO2的性质、化学方程式的书写、氧化还原反应的分析。

（1）石英砂的主要成分为SiO2，SiO2属于酸性氧化物，SiO2与碱性物质反应，SiO2与NaOH反应生成Na2SiO3和H2O，反应的化学方程式为SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O。

（2）①的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑，该反应中Si元素的化合价由+4价降至0价，C元素的化合价由0价升至+2价，为氧化还原反应；②的化学方程式为Si+2Cl2SiCl4，Si元素的化合价由0价升至+4价，Cl元素的化合价由0价降至-1价，为氧化还原反应；③为物理变化；④的化学方程式为SiCl4+4NH3=Si（NH2）4+4HCl，-NH2中各元素的化合价与NH3相同，反应前后元素的化合价不变，该反应不是氧化还原反应；⑤的化学方程式为3Si（NH2）4Si3N4+8NH3，反应前后元素的化合价不变，该反应不是氧化还原反应；①~⑤的变化中，属于氧化还原反应的是①②。

（3）SiCl4在潮湿的空气中剧烈反应产生白雾，军事工业中用于制造烟雾剂，说明SiCl4水解生成HCl气体和硅酸，SiCl4水解的化学方程式为SiCl4+3H2O=H2SiO3↓+4HCl↑或SiCl4+4H2O=H4SiO4↓+4HCl↑。

（4）SiCl4和氨气在1400℃下反应生成Si3N4，根据原子守恒，该反应还生成HCl，反应的化学方程式为3SiCl4+4NH3Si3N4+12HCl。

（5）充足的碳与SiO2高温下反应生成SiC和CO的化学方程式为SiO2+3CSiC+2CO↑。在该反应中，C元素的化合价部分由0价升至CO中的+2价，部分由0价降至SiC中的-4价，C既是氧化剂又是还原剂，3molC参与反应，2mol被氧化作还原剂，1mol被还原作氧化剂，氧化剂和还原剂物质的量之比为1:2。