Question

【题目】硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹．
（1）新型陶瓷Si3N4的熔点高、硬度大、化学性质稳定．工业上可以采用化学气相沉积法，在H2的保护下，使SiCl4与N2反应生成Si3N4沉积在石墨表面，写出该反应的化学方程式；
（2）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主要流程如图：
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；
③X可能是（选填：“盐酸”、“硝酸”、“硫酸”、“氢氟酸”）．
（3）工业上可以通过如图2所示的流程制取纯硅：
①个制备过程必须严格控制无水无氧．SiHCl3遇水剧烈反应，写出该反应的化学方程式；
②假设每一轮次制备1mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应Ⅰ中HCl的利 用率为90%，反应Ⅱ中H2的利用率为93.75%．则在第二轮次的生产中，补充投入HCl和H2的物质的量之比是 ．

Answer 1

【答案】
（1）3SiCl4+2N2+6H2 Si3N4+12HCl
（2）除去原料气中的氧气；除去生成的水蒸气；该反应为放热反应，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（或将整个体系中空气排尽）；硝酸
（3）3SiHCl3+3H2O═H2SiO3+H2↑+3HCl；5：1
【解析】（1）由信息：四氯化硅和氮气在氢气的气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅以及氯化氢，反应的化学方程式为：3SiCl4+2N2+6H2 Si3N4+12HCl，故答案为：3SiCl4+2N2+6H2 Si3N4+12HCl；（2）①Cu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，故答案为：除去原料气中的氧气；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）， 故答案为：该反应为放热反应，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（或将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，故答案为：硝酸；（3）①SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和氢气：3SiHCl3+3H2O═H2SiO3+H2↑+3HCl，故答案为：3SiHCl3+3H2O═H2SiO3+H2↑+3HCl；③反应生产1mol纯硅需补充HCl：： ﹣3= ，需补充H2： ﹣1≈0.064，则补充HCl与H2的物质的量之比= ：0.064≈5：1，故答案为：5：1．（1）根据信息：四氯化硅和氮气在氢气的气氛保护下，加强热发生反应，除生成氮化硅外还有氯化氢生成；（2）①Cu能与氧气反应，硅胶具有吸水性；②控制氮气的流速是防止温度过高，体系中要通入适量的氢气可将氧气转化为水蒸气；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；（3）①SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和氢气；②反应生产1mol纯硅需补充HCl： ﹣3，需补充H2： ﹣1．
选做题（三选一）（共1小题，满分14分）【化学选修2：化学与技术】