Question

【題目】氮化硅（Si3N4）是一種新型陶瓷材料，它可由石英與焦炭在高溫的氮氣流中，通過以下反應制得：3SiO2（s）+6C(s)+ 2N2(g)Si3N4(s)+ 6CO(g)

（1）該反應的氧化劑是________________，其還原產物是________________；

（2）該反應的平衡常數(shù)表達式為K＝___________________________________；

（3）若知上述反應為放熱反應，則其反應熱△H_______0（填“>”、“<”或“=”）；升高溫度，其平衡常數(shù)值______（填“增大”、“減小”或“不變”）； 若已知CO生成速率為v(CO)＝18mol·L-1·min-1，則N2消耗速率為v(N2)＝ _____________________．

（4）達到平衡后，改變某一外界條件（不改變N2、CO的量），反應速率v與時間t的關系如圖。圖中t4時引起平衡移動的條件可能是______________；圖中表示平衡混合物中CO的含量最高的一段時間是____________。

（5）若該反應的平衡常數(shù)為 K＝729，則在同溫度下1L密閉容器中，足量的SiO2和C與2mol N2充分反應，則N2的轉化率是_________________（提示：272 =729）。

Answer 1

【答案】N2Si3N4c6(C0)/c2(N2)＜減小6mol/(L·min)增大壓強或升高溫度t3-t450﹪

【解析】

(1)所含元素化合價降低的反應物為氧化劑,氧化劑發(fā)生還原反應生成還原產物；
(2)化學平衡常數(shù)，是指在一定溫度下,可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，注意固體、純液體濃度為常數(shù),不用寫固體、純液體的濃度；
(3)對于放熱反應,反應熱△H <0；該反應為放熱反應，升高溫度平衡逆反應進行，化學平衡常數(shù)減小；根據(jù)速率之比等于化學計量數(shù)之比計算；
(4) t4時，正逆反應速率均比原平衡的速率大，因此，可以升高溫度或增大壓強；t4時改變條件,平衡向逆反應移動,t5時達平衡,故t3-t4平衡狀態(tài)CO的含量最高。

（5）根據(jù)平衡常數(shù)計算。

(1)所含元素化合價降低的反應物是氧化劑,氧化劑被還原得到的生成物是還原產物, 3SiO2（s）+6C(s)+ 2N2(g)Si3N4(s)+ 6CO(g)反應中，氮元素的化合價由0降低到-3價，被還原，做氧化劑；Si3N4 是還原產物；因此，本題正確答案是: N2；Si3N4 。

（2）3SiO2（s）+6C(s)+ 2N2(g)Si3N4(s)+ 6CO(g) 平衡常數(shù)表達式為K= c6(C0)/c2(N2)；正確答案：c6(C0)/c2(N2)。

(3)對于放熱反應,反應熱△H <0；該反應為放熱反應,升高溫度平衡逆反應進行,化學平衡常數(shù)減小；已知CO生成速率為v(CO)=18 mol·L-1·min-1,根據(jù)速率之比等于化學計量數(shù)之比,則 N2消耗速率為: v(N2)=1/3v(CO)=1/3×18=6mol/(L·min)； 因此，本題正確答案是: ＜ ，減小，6mol/(L·min)。

(4) t4時，正逆反應速率均比原平衡的速率大，因此，可以升高溫度或增大壓強；t6時瞬間正、逆反應都增大，平衡不移動，故應是加入催化劑；t2時改變條件，平衡向正反應移動，在t3時重新到達平衡，t4時改變條件，平衡向逆反應移動，t5時由達平衡,故t3-t4 平衡狀態(tài)CO的含量最高；因此，本題正確答案是: 增大壓強或升高溫度；t3-t4。

（5）設反應的氮氣的物質的量為x,

3SiO2（s）+6C(s)+ 2N2(g)Si3N4(s)+6CO(g)

起始量 2 0

變化量 x 3x

平衡量 2-x 3x

則平衡時氮氣的濃度為(2-x)mol/L,CO的濃度為3xmol/L ,則有: (3x)6/(2-x)2=729,解之得x=1 ，則氮氣的轉化率是1/2×100%=50%；因此本題正確答案是50%。