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(jié)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(wěn)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(wěn)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(jù)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(yè)上曾普遍采用高純硅與純氮在1 300℃ 反應制氮化硅，現(xiàn)用四氯化硅和氮氣在氫氣氣氛保護下，加強熱發(fā)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(xù)與空氣和水接觸而被侵蝕。