Question

5．氮化硅的強度很高，尤其是熱壓氮化硅，是世界上最堅硬的物質之一，氮化硅陶瓷可做燃氣輪機的燃燒室、機械密封環、輸送鋁液的電磁泵的管道及閥門、永久性模具、鋼水分離環等．制備氮化硅可將硅粉放在氮氣中加熱至1000℃左右直接氮化制得，實驗室制備氮化硅裝置示意圖如圖1：

回答下列問題：
（1）檢查裝置氣密性的方法是在儀器D的出氣口連接導管，將導管的末端插入水槽中的水中，用酒精燈輕輕加熱圓底燒瓶，若導管口有氣泡冒出且停止加熱后，在導管中形成一段水柱，說明裝置氣密性良好，a儀器的名稱是分液漏斗
（2）寫出NaNO₂和（NH₄）₂SO₄反應制備氮氣的化學方程式2NaNO₂+（NH₄）₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2N₂↑+Na₂SO₄+4H₂O；
（3）裝置B的作用是除去氧氣（及氮氧化物），裝置C的作用是除去水蒸氣；
（4）已知氮化硅的化學性質穩定，但常溫下易溶于氫氟酸溶液生成一種白色的膠狀沉淀和一種鹽，請寫出此化學反應方程式：Si₃N₄+4HF+9H₂O=3H₂SiO₃↓+4NH₄F；
（5）實驗室中某些氣體的制取、收集及尾氣處理裝置如圖2所示（省略夾持和凈化裝置）．僅用此裝置和表中提供的物質完成相關實驗，最合理的選項是D

選項	a物質	b物質	c收集的氣體	d中的物質
A	濃氨水	NaOH	NH3	H2O
B	濃硫酸	Na2SO3	SO2	澄清石灰水
C	稀硝酸	Fe	NO2	H2O
D	濃鹽酸	KMnO4	Cl2	NaOH溶液

Answer 1

分析 （1）根據壓強差產生的現象判斷氣密性，根據裝置圖可知儀器的名稱；
（2）NaNO₂和（NH₄）₂SO₄反應生成氮氣、硫酸鈉與水，配平書寫方程式；
（3）裝置內含有氧氣、反應生成的氣體中可能含有氮的氧化物，裝置B除去氧氣（及氮氧化物）、C干燥氮氣；
（4）氮化硅溶于氫氟酸溶液生成一種白色的膠狀沉淀為硅酸，根據元素守恒確定另一種產物；
（5）A．氨氣密度比空氣小；
B．澄清石灰水濃度較小；
C．鐵與稀硝酸反應產生的氣體為NO，一氧化氮難溶于水；
D．濃鹽酸和高錳酸鉀反應生成氯氣．

解答 解：（1）根據壓強差產生的現象判斷氣密性，具體操作為在儀器D的出氣口連接導管，將導管的末端插入水槽中的水中，用酒精燈輕輕加熱圓底燒瓶，若導管口有氣泡冒出且停止加熱后，在導管中形成一段水柱，說明裝置氣密性良好，由圖中儀器結構可知，a為分液漏斗，
故答案為：在儀器D的出氣口連接導管，將導管的末端插入水槽中的水中，用酒精燈輕輕加熱圓底燒瓶，若導管口有氣泡冒出且停止加熱后，在導管中形成一段水柱，說明裝置氣密性良好；分液漏斗；
（2）NaNO₂和（NH₄）₂SO₄反應生成氮氣、硫酸鈉與水，配平后方程式為：2NaNO₂+（NH₄）₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2N₂↑+Na₂SO₄+4H₂O，
故答案為：2NaNO₂+（NH₄）₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2N₂↑+Na₂SO₄+4H₂O；
（3）裝置內含有氧氣、反應生成的氣體中可能含有氮的氧化物，裝置B除去氧氣（及氮氧化物）、C干燥氮氣，防止對D裝置反應的影響，
故答案為：除去氧氣（及氮氧化物）；除去水蒸氣；
（4）氮化硅溶于氫氟酸溶液生成一種白色的膠狀沉淀為硅酸，元素守恒確定另一種產物為NH₄F，則反應的方程式為：Si₃N₄+4HF+9H₂O=3H₂SiO₃↓+4NH₄F；
故答案為：Si₃N₄+4HF+9H₂O=3H₂SiO₃↓+4NH₄F；
（5）A．氨氣密度比空氣小，集氣瓶中導管應短進長出，故A錯誤；
B．澄清石灰水濃度較小，不能用來處理尾氣，故B錯誤；
C．鐵與稀硝酸反應產生的氣體為NO，一氧化氮難溶于水，不能用溶液吸收，故C錯誤；
D．濃鹽酸和高錳酸鉀反應生成氯氣，氯氣可用氫氧化鈉吸收，故D正確；
故選D．

點評 本題考查了制備方案設計，題目難度中等，側重于考查學生的實驗探究能力，注意把握硅及其化合物的性質，明確實驗目的和實驗原理是解題的關鍵．