Question

1．氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料，实验室可依据反应3SiCl₄+4NH₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl模拟工业制备氮化硅．


（1）甲组同学依据下列装置制备NH₃；
①圆底烧瓶中发生反应的化学方程式为CaO+NH₃•H₂O=Ca（OH）₂+NH₃↑．
②B中盛放的试剂为碱石灰．
（2）乙组同学拟利用甲组的A、B装置及下列装置如图1合成氮化硅：
①实验中必须控制氨气的流量，氨气过多，在尾气口可观察到的现象是有白烟产生．
②已知SiCl₄的沸点为57.6℃，水浴加热温度控制在稍高于57.6℃的好处是既能使SiCl₄沸腾，又能防止温度过高导致利用率降低．
③尾气的吸收装置如图2可选择ab（填字母）．
（3）丙组同学拟设计实验证明下列物质的性质，请写出设计方案的要点．
①四氯化硅常温下极易水解在盛水的烧杯中滴入几滴四氯化硅，观察到有白雾产生或有白色沉淀产生．
②氮化硅能溶于氢氟酸不溶于硫酸在一支普通试管中加入少量Si₃N₄，向其中滴入硫酸，观察到固体不溶解，在另一支塑料试管中加入少量Si₃N₄，向其中滴入氢氟酸，观察到固体溶解．

Answer 1

分析 本题是利用氧化钙和氨水制得的少量氨气经碱石灰干燥后，将生成的氨气和SiCl₄一起在高温下发生反应：3SiCl₄+4NH₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl，可制得Si₃N₄，因氯化氢极易溶解于水，含氯化氢的尾气处理时要选择防倒吸装置，据此分析解题；
（1）①CaO可水反应生成氢氧化钙，同时放热，促进氨气挥发，利用此原理可制得少量氨气；
②氨气的水溶液显碱性，易与酸反应生成盐，则干燥氨气通常选择碱性固体；
（2）①反应中生成氯化氢，过量的氨气遇氯化氢现象是白烟；
②水浴加热的好处是易控制温度，避免温度过高四氯化硅气流速度过快，反应不充分，反应物利用率降低；
③反应尾气主要是氯化氢气体，此气体极遏易溶解于水，选择的尾气处理装置应有防倒吸功能；
（3）①四氯化硅极易水解，水解产物为氯化氢和硅酸，可根据水解产物设计并判断；
②可在盛放少量氮化硅的容器中分别滴加氢氟酸和硫酸，根据现象判断即可，特别注意氢氟酸能腐蚀玻璃，因此滴加氢氟酸的容器只能要塑料容器，不能用玻璃烧杯或试管．

解答 解：本题是利用氧化钙和氨水制得的少量氨气经碱石灰干燥后，将生成的氨气和SiCl₄一起在高温下发生反应：3SiCl₄+4NH₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Si₃N₄+12HCl，可制得Si₃N₄，因氯化氢极易溶解于水，含氯化氢的尾气处理时要选择防倒吸装置，据此分析解题；
（1）①利用氧化钙和氨水反应制少量氨气，发生反应的化学方程式为CaO+NH₃•H₂O=Ca（OH）₂+NH₃↑，故答案为：CaO+NH₃•H₂O=Ca（OH）₂+NH₃↑；②氨气的干燥通常选择碱石灰，故答案为：碱石灰；
（2）①在生成氮化硅的同时得到副产物氯化氢，过量氨气和氯化氢反应生成氯化铵，现象是有白烟产生，故答案为：有白烟产生；
①为既能使SiCl₄沸腾，又能防止温度过高导致利用率降低通常使用水浴加热的方式，故答案为：既能使SiCl₄沸腾，又能防止温度过高导致利用率降低；
②可供选择的尾气处理装置，其中a、b有防倒吸功能，可用来吸收含有氯化氢的尾气，故答案为：ab；
（3）①在盛水的烧杯中滴入几滴四氯化硅，观察到有白雾产生或有白色沉淀产生由此可推断四氯化硅极易水解，故答案为：在盛水的烧杯中滴入几滴四氯化硅，观察到有白雾产生可有白色沉淀产生；
②为难氮化硅能否溶解于氢氟酸和硫酸，同时结合氢氟酸能腐蚀玻璃的特性，可在一支普通试管中加入少量Si₃N₄，向其中滴入硫酸，观察到固体不溶解，在另一支塑料试管中加入少量Si₃N₄，向其中滴入氢氟酸，观察到固体溶解；故答案为：在一支普通试管中加入少量Si₃N₄，向其中滴入硫酸，观察到固体不溶解，在另一支塑料试管中加入少量Si₃N₄，向其中滴入氢氟酸，观察到固体溶解．

点评 本题以制备氮化硅为载体，考查实验的设计与评价，涉及氨气的制取与干燥、氯化氢气体的溶解及四氯化硅的水解等，属基础考查，难度适中，建议重视实验的基本操作和反应原理的复习．