Question

5．氮化硅（ Si₃N₄）是一种优良的高温结构陶瓷，在工业生产和科技领域有重要用途．
Ⅰ．工业上有多种方法来制备氮化硅，常见的方法有：
方法一：直接氮化法：在1300℃-1400℃时，高纯粉状硅与纯氮气化合，其反应方程式为3Si+2N₂$\frac{\underline{\;1300℃-1400℃\;}}{\;}$Si₃N₄．
方法二：化学气相沉积法：在高温条件下利用四氯化硅气体、纯氮气、氢气反应生成氮化硅和HC1，与方法一相比，用此法制得的氮化硅纯度较高，其原因是方法一所得到的产品中混有单质硅，而方法二除产品是固体，其他物质均为气体．
方法三：Si（NH₂）₄热分解法：先用四氯化硅与氨气反应生成Si（NH₂）₄和-种气体（填分子式）HCl；然后使Si（NH₂）₄受热分解，分解后的另一种产物的分子式为NH₃ ．
Ⅱ．工业上制取高纯硅和四氯化硅的生产流程如下：
已知：X、高纯硅、原料B的主要成分都可与Z反应，Y，与X在光照或点燃条件下可反应，Z的焰色呈黄色．
（1）原料B的主要成分是（写名称）二氧化硅．
（2）写出焦炭与原料B中的主要成分反应的化学方程式：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑．
（3）上述生产流程中电解A的水溶液时，阳极材料能否用Cu不能；（填“能”或“不能”），写出Cu为阳极电解A的水溶液开始一段时间阴阳极的电极方程式：
阳极：Cu-2e^-=Cu²⁺；阴极：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-．

Answer 1

分析 I、方法一：硅与纯氮气在高温条件下发生化合反应生成氮化硅；
方法二：方法一所得到的产品中可能混有反应物单质硅，而方法二除产品是固体，其他物质均为气体；
方法三：根据反应中原子守恒规律判断四氯化硅与氨气反应生成的气体，判断Si（NH₂）₄受热分解生成的产物，据此解答；
Ⅱ、原料B与碳得到粗产品与X反应，生成SiCl₄，Si+2Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiCl₄，则X为氯气，原料B与碳得到粗产品为Si，焦炭与SiO₂反应生成Si与CO，反应方程式为：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑，故B为SiO₂，Y与氯气在光照或点燃条件下可反应，且与SiCl₄反应得到高纯度Si，SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4HCl+Si，则Y为氢气．Z的焰色呈黄色，含有Na元素，电解A得到氢气、氯气与Z，则Z为NaOH、A为NaCl，电解NaCl溶液离子反应为2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，据此解答．

解答 解：I、方法一：硅与纯氮气反应的化学方程式为：3Si+2N₂$\frac{\underline{\;1300℃-1400℃\;}}{\;}$Si₃N₄，
故答案为：3Si+2N₂$\frac{\underline{\;1300℃-1400℃\;}}{\;}$Si₃N₄；
方法二：方法一所得到的产品中混有单质硅，而方法二除产品是固体，其他物质均为气体，故方法二得到氮化硅纯度较高；
故答案为：方法一所得到的产品中混有单质硅，而方法二除产品是固体，其他物质均为气体；
方法三：依据化学反应中原子个数守恒可知四氯化硅与氨气反应：3SiCl4+4NH3=Si₃N₄+12HCl，依据化学反应中原子个数守恒可知3Si（NH₂）₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si₃N₄+8NH₃ ，
故答案为：HCl；NH₃ ．
Ⅱ、原料B与碳得到粗产品与X反应，生成SiCl₄，则X为氯气，原料B与碳得到粗产品为Si，故B为SiO₂．Y与氯气在光照或点燃条件下可反应，且与SiCl₄反应得到高纯度Si，则Y为氢气．Z的焰色呈黄色，含有Na元素，电解A得到氢气、氯气与Z，则Z为NaOH、A为NaCl．
（1）原料B与碳得到粗产品为Si，焦炭与SiO₂反应生成Si与CO，反应方程式为：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑，故B为SiO₂，名称为二氧化硅，
故答案为：二氧化硅；
（2）焦炭具有还原性，与SiO₂发生氧化还原反应，生成Si与CO，反应方程式为：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑，
故答案为：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；
（3）电解饱和食盐水，在阳极上是氯离子失电子的氧化反应：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，阴极上是氢离子得电子的还原反应：2H⁺+2e^-=H₂↑，总反应是：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2NaOH，阳极材料若为Cu，则Cu放电，氯离子不能放电生成氯气，故阳极材料不能为Cu；Cu为阳极电解NaCl的水溶液开始一段时间，阳极Cu放电生成铜离子，阳极电极反应式为：Cu-2e^-=Cu²⁺，阴极水放电生成氢气与氢氧根离子，阴极电极反应式为：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，
故答案为：不能；Cu-2e^-=Cu²⁺；2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-．

点评 本题考查工业上制取氮化硅的制取、高纯硅和四氯化硅，涉及化学工艺流程、无机物推断、电解原理等，有利用学生能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．