Question

氮化硅是一種非氧化物高溫陶瓷結構材料，具有高硬度、高強度、耐腐蝕等特性，其超強的拉彎強度達到8× 10⁴～10×10⁴ N·cm^-2，并且在1200℃高溫下不會下降。用氮化硅陶瓷制成的內燃機不需冷卻裝置， 可節約燃料30%左右，熱轉換率提高到40%～ 50%。粉末狀的氮化硅可以由SiCl₄的蒸氣和氨氣的混合物反應制取。粉末狀的氮化硅在空氣和水中都不穩定，但若將粉末狀的氮化硅和適量的MgO在230×1.01×10⁵ Pa和185℃的密閉容器中熱處理，可以制得結構十分緊密而且在空氣和水中都十分穩定的高溫結構材料。氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強，除氫氟酸以外，它不與其他無機酸反應。
(1)根據元素周期律和元素周期表知識，請寫出氮化硅的化學式_____________。
(2)寫出由SiCl₄和NH₃反應制備氮化硅的化學反應方程式：______________。 過去，工業上曾普遍采用高純硅與純氮在1 300℃ 反應制氮化硅，現用四氯化硅和氮氣在氫氣氣氛保護下，加強熱發生反應，也可制得較高純度的氮化硅，其反應方程式為____________。
(3)分別寫出粉末狀氮化硅與氫氟酸、H₂O、O₂反應的化學方程式____________。
(4)推測該氮化硅陶瓷被腐蝕的化學反應方程式____________。
(5)試思考說明為什么結構緊密的氮化硅不受H₂O、O₂的侵蝕________________。

Answer 1

(1) Si₃N₄
(2)3SiCl₄+4NH₃=Si₃N₄+12HCl  ，3SiCl₄+2N₂+6H₂Si₃N₄ +12 HCl
(3)Si₃N₄+12HF=3SiF₄↑+4NH₃↑ ，Si₃N₄+6H₂O=3SiO₂+4NH₃↑ ，Si₃N₄+3O₂=3SiO₂+2N₂
(4)Si₃N₄+12HF=3SiF₄↑+4NH₃↑
(5) Si₃N₄與MgO在密閉容器中經高壓加熱處理后，使Si₃N₄固體表面形成了一層SiO₂保護膜，阻止了Si₃N₄繼續與空氣和水接觸而被侵蝕。