氮化硼三种合成方法的讨论

氮化硼三种合成方法的讨论

摘要:氮化硼是一种重要的化工原料,它是一种耐高温的材料,一页是一种优良的绝缘材料，在耐火材料和电子工业中已得到广泛的应用。本文从反应方向，原料价格及环保等方面对三种氮化硼合成方法进行了比较和探究。

一、引言

1、氮化硼简介

氮化硼的分子式为BN，它是由氮原子和硼原子组成的化合物。具有四种不同的结构：六方氮化硼（HBN)、菱方氮化硼（RBN）、立方氮化硼(CBN)和纤锌矿氮化硼(WBN)。氮化硼于碳是等电子体，具有抗化学侵蚀性质，不被无机酸和水侵蚀。1200℃以上开始在空气中氧化，稍低于3000℃时开始升华，真空时约2700℃开始分解。微溶于热酸，不溶于冷水，相对密度2.25，熔点3000℃。

硼，原子序数5，原子量10.811。硼为黑色或银灰色固体。晶体硼为黑色，熔点约2300℃，沸点3658℃，密度2.34克/立方厘米；硬度仅次于金刚石，较脆。

氯化硼，无色发烟液体或气体，有强烈臭味，易潮解。熔点

-107.3℃沸点：12.5℃溶解性溶于苯、二硫化碳

三氧化二硼（化学式：B2O3）又称氧化硼，是硼最主要的氧化物。它是一种白色蜡状固体，一般以无定形的状态存在，很难形成晶体，但在高强度退火后也能结晶。它是已知的最难结晶的物质之一。

二、 反应方法分析

合成氮化硼有以下三种方法： 1、 用单质B 与N 2反应： B(s) + 1/2N 2(g) = BN(s) 2、 用BCl 3与NH 3反应:

BCl 3(g) + NH 3(g) = BN(s) + 3HCl(g) 3、 用B 2O 3与NH 3反应:

B 2O 3 (s) + 2NH 3(g) = 2BN(s) + 3H 2O(g)

a 、反应方向

查找书后附录可知： 1、

B(s)：

1

()f m kJ mol

H -Θ

∆ = 0；1

()f m G kJ

mol

Θ

-∆ = 0；

1

1

()f m S J

mol K Θ

--•∆ = 5.86；

N 2(g)：

1

()f m kJ mol

H -Θ∆ = 0；1

()f m G kJ

mol

Θ

-∆ = 0；

1

1

()f m S J

mol K Θ

--•∆ =191.50；

BN(s)：

1

()f m kJ mol

H -Θ∆ = -254.39；1

()f m G kJ

mol

Θ

-∆ = -228.45；

1

1

()f m S J

mol K Θ

--•∆ =14.81；

1

()r m kJ mol

H -Θ∆ = -254.39；1

1

()r m S J

mol

K Θ

--•∆ =-86.8；

该反应的标准吉布斯函数变为：

1

()r m G kJ

mol

Θ

-∆ = -228.45；

所以该反应在标准状况下可进行。并且，该反应在低温下自发，高温下不自发。 2、 BCl 3(g) ：

1

()f m kJ mol

H -Θ

∆ = -403.8；1

()f m G kJ

mol

Θ

-∆ =-388.7；

1

1

()f m S J

mol K Θ

--•∆ =290.1；

NH 3(g)：

1

()f m kJ mol

H -Θ∆ =-46.11；1

()f m G kJ

mol

Θ

-∆ = -16.48；

1

1

()f m S J

mol K Θ

--•∆ =192.34；

BN(s)：

1

()f m kJ mol

H -Θ∆ = -254.39；1

()f m G kJ

mol

Θ

-∆ = -228.45；

1

1

()f m S J

mol K Θ

--•∆ =14.81；

HCl(g)：

1

()f m kJ mol

H -Θ∆ = -92.31；1

()f m G kJ

mol

Θ

-∆ = -95.30；

1

1

()f m S J

mol K Θ

--•∆ =186.80；

1

()r m kJ mol H -Θ∆ =-81.41 ；1

1

()r m S J

mol

K Θ

--•∆ =92.77；

该反应的标准吉布斯函数变为：

1

()r m G kJ

mol

Θ

-∆ = -109.1；

所以该反应在标准状况下可进行。在任何温度下均可自发反应。

3、

B 2O 3 (s)：

1

()f m kJ mol

H -Θ

∆ = -1273.5；1

()f m G kJ

mol

Θ

-∆ = -1168.01；

1

1

()f m S J

mol K Θ

--•∆ = 54.0；

NH 3(g)：

1

()f m kJ mol

H -Θ∆ =-46.11；1

()f m G kJ

mol

Θ

-∆ = -16.48；

1

1

()f m S J

mol K Θ

--•∆ =192.34；

BN(s)：

1

()f m kJ mol

H -Θ∆ = -254.39；1

()f m G kJ

mol

Θ

-∆ = -228.45；

1

1

()f m S J

mol K Θ

--•∆ =14.81；

H 2O(g)：

1

()f m kJ mol

H -Θ∆ = -241.82；1

()f m G kJ

mol

Θ

-∆ = -228.59；

1

1

()f m S J

mol K Θ

--•∆ =188.72；

1

()r m kJ mol H -Θ∆ = 131.48；1

1

()r m S J

mol

K Θ

--•∆ =157.1；

该反应的标准吉布斯函数变为：

1

()r m G kJ

mol

Θ

-∆ = 58.3；

标准状况下，该反应不可自发进行。在高温条件下，该反应可自发反

应。

从反应方向分析，反应1、2均可在常温常压下反应，而反应3需

要升高温度才能反应，反应1、2优于反应3。 b 、原料价格

1、99%硼粉:7500元/kg