Question

氮化硅硬度大、熔点高、不溶于酸（氢氟酸除外），是一种重要的结构陶瓷材料。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下：

（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3Si(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：                  ；

（3）X可能是               （选填：“盐酸”、“硝酸”、“硫酸”、“氢氟酸”）

（4）如何说明氮化硅产品已用水洗干净？                        。

（5）用硅粉作硅源、叠氮化钠（NaN₃）作氮源，直接燃烧生成氮化硅（发生置换反应），该反应的化学方程式为：                      。

Answer

（1）除去原料气中的氧气；除去生成的水蒸气。

（2）这是放热反应，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。

（3）硝酸

（4）洗涤后的滤出液呈中性；

（5）9Si+4NaN33Si3N4 +4Na↑

【解析】

试题分析：（1）Cu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；

（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；

（4）氮化硅不溶于水、不溶于酸（HF酸除外），若氮化硅产品用水洗干净，则洗涤后的滤出液呈中性，故答案为：洗涤后的滤出液呈中性；

（5）硅粉作硅源、叠氮化钠（NaN3）作氮源，直接燃烧生成氮化硅，发生置换反应，还生成Na，该反应为9Si+4NaN33Si3N4+4Na↑，故答案为：9Si+4NaN33Si3N4+4Na↑。

考点：考查了制备实验方案的设计的相关知识。