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...

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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*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、*、铁、铜的氧化物)，已知硅的熔点是1 420 ℃，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)　ΔH=－727.5 kJ·mol－1，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*气是为了_______________________________________________________________。

③X可能是________(选填：“盐*”、“**”、“硫*”、“***”)。

(3)工业上可以通过如下图所示的流程制取纯硅：

①整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1 mol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________。

【回答】

解析　(1)在H2的保护下，使SiCl4与N2反应生成Si3N4，氮元素的化合价由0价降低到－3价，则*气中的*元素由0价升高到＋1价生成HCl，根据得失电子守恒和原子守恒配平，反应的化学方程式为3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl。

(2)①因为高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅，则铜屑的作用是除去原料气中的氧气；硅胶的作用是除去生成的水蒸气；②在氮化炉中3Si(s)＋2N2(g)===Si3N4(s)　ΔH=－727.5 kJ·mol－1，该反应是放热反应，防止局部过热，导致硅熔化熔合成团，阻碍与N2的接触，开始时要严格控制氮气的流速以控制温度；为了将整个体系中空气排尽，体系中要通入适量的*气；③由于硅中含有铜的氧化物，在反应中氧化铜能被还原生成铜，因此要除去铜应该选择**，盐*和硫*不能溶解铜，***能腐蚀氮化硅。

(3)①SiHCl3遇水剧烈反应，生成硅*、HCl和*气，反应的化学方程式SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋3HCl＋H2↑。

②由题中条件可知：Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2

                  1 mol   3 mol           1 mol

SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl

1 mol  1 mol                    3 mol

由以上数据，循环生产中只能产生3 mol HCl，但HCl的利用率是90%，因此需要增加(3÷90%－3)mol HCl，循环生产中只产生1 mol H2，但H2的利用率为93.75%，因此需增加(1÷93.75%－1)mol H2，因此，补充投入HCl 和H2的物质的量之比为：(3÷90%－3)∶(1÷93.75%－1)=5∶1。

*　 (1)3SiCl4＋2N2＋ 6H2===Si3N4＋12HCl

(2)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(或将整个体系中空气排尽)

③**　(3)①SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋3HCl＋H2↑　②5∶1

知识点：非金属元素的单质及其化合物

题型：综合题