Question

氮化硅Si₃N₄是一種非氧化物高溫陶瓷結(jié)構(gòu)材料。粉末狀的Si₃N₄可以由SiCl₄的蒸氣和NH₃氣的混合物反應(yīng)制取。粉末狀Si₃N₄對(duì)空氣和水都不穩(wěn)定。但是，將粉末狀Si₃N₄和適量MgO在230×1.01×10⁵Pa和185℃的密閉容器中熱處理，可以得到結(jié)構(gòu)十分緊密、對(duì)空氣和水都相當(dāng)穩(wěn)定的固體材料。

　　(1)寫(xiě)出由SiCl₄的蒸氣和NH₃氣制備Si₃N₄的反應(yīng)方程式；

　　(2)分別寫(xiě)出粉末狀Si₃N₄和H₂O及O₂反應(yīng)的方程式；

　　(3)為什么結(jié)構(gòu)緊密的固體Si₃N₄不再受H₂O和O₂的侵蝕?

Answer 1

(1)3SiCl₄十4NH₃=Si₃N₄十12HCl；　　(2)Si₃N₄十6H₂O=3SiO₂十4NH₃↑；Si₃N₄十3O₂＝3SiO₂十3N₂；　　(3)Si₃N₄與MgO在密閉容器中熱處理后使Si₃N₄固體表面形成一層SiO₂保護(hù)層，阻止了Si₃N₄繼續(xù)受空氣中的O₂、H₂O的侵蝕。

解析:

SiCl₄與NH₃反應(yīng)生成Si₃N₄的同時(shí)應(yīng)該有HCl生成。由Si—N鍵的鍵能小于Si一O鍵的鍵能，Si₃N₄與H₂O反應(yīng)時(shí)，Si—N鍵向Si—O鍵轉(zhuǎn)化，生成SiO₂，同時(shí)應(yīng)該有NH₃生成。同樣，Si₃N₄與和O₂反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)物應(yīng)有SiO₂生成，同時(shí)生成穩(wěn)定的N₂；而與MgO在一定條件下反應(yīng)，生成結(jié)構(gòu)緊密的SiO₂覆蓋在Si₃N₄固體表面，阻止了Si₃N₄繼續(xù)受空氣中的H₂O和O₂的侵蝕。