Question

（14分）用氮化硅陶瓷代替金屬制造發(fā)動(dòng)機(jī)的耐熱部件，能大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。工業(yè)上用化學(xué)氣相沉積法制備氮化硅，其反應(yīng)如下：3SiCl₄(g)+2N₂(g)+6H₂(g)Si₃N₄(s)+12HCl(g)，在溫度T₀下的2 L密閉容器中，加入0．30 mol SiC1₄, 0．20 mol N₂． 0．36 mol H₂進(jìn)行上述反應(yīng)，2min后達(dá)到平衡，測(cè)得固體的質(zhì)量增加了2．80 g
（1） SiCl₄的平均反應(yīng)速率為＿＿＿
（2）平衡后，若改變溫度，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量與溫度的關(guān)系如圖所示，下列說法正確的是

A．該反應(yīng)在任何溫度下可自發(fā)進(jìn)行

B．若混合氣體的總質(zhì)量不變，表明上述反應(yīng)己達(dá)到平衡狀態(tài)

C．其他條件不變，增大Si3N4的物質(zhì)的量，平衡向左移動(dòng)

D．按3:2:6的物質(zhì)的量比增加反應(yīng)物，SiC14（g）的轉(zhuǎn)化率降低

（3）下表為不同溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)，其他條件相同時(shí)，在＿＿＿（填"T₁”、“T₂”．,“T₃”）溫度下反應(yīng)達(dá)到平衡所需時(shí)間最長(zhǎng)：

假設(shè)溫度為T₁時(shí)向該反應(yīng)容器中同時(shí)加入。(SiC1₄) =0．3 mol/L，c(H₂) =0．3 mol/L,，c(N₂) ＝
x mol/L, c (HCl) ＝0．3 mol/L和足量Si₃N₄ (s),若要使平衡建立的過程中HCl濃度減小，x的取值
范圍為＿＿＿
（4）該反應(yīng)的原子利用率為＿＿＿＿
（5）工業(yè)上制備SiCl₄的反應(yīng)過程如下：

寫出二氧化硅、焦炭與Cl ₂在高溫下反應(yīng)生成氣態(tài)SiC1₄和一氧化碳的熱化學(xué)方程式_____

Answer 1

（14分）
（1）0．015mol/(L?min)（2分） （2）AB（2分）
（3）T₃（2分）  0 ≤ x < 0．15（3分） （4）24．22%（2分）
（5）SiO₂(s)+2C(s)+2Cl₂(g)=SiCl₄(g)+2CO(g) ?H=(a+b-c)kJ?mol?¹（3分）

試題分析：（1）反應(yīng)生成的n(Si₃N₄)=2．8g÷140g/mol=0．02mol，則反應(yīng)的SiCl₄為：n(SiCl₄)=3n(Si₃N₄)=3×0．02mol=0．06mol，則v(Si₃N₄)=0．06mol÷2L÷2min=0．015mol/(L?min)。
（2）正反應(yīng)方向，氣體的物質(zhì)的量增大，氣體的質(zhì)量減小，根據(jù)圖像可知溫度升高，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量增大，所以升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)移動(dòng)，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。A、因?yàn)樵摲磻?yīng)?H <0，?S>0，所以?H?—T?S恒小于0，在任何溫度下可自發(fā)進(jìn)行，正確；B、因?yàn)镾i₃N₄為固體，反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量不相等，所以若混合氣體的總質(zhì)量不變，表明反應(yīng)己達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；C、因?yàn)镾i₃N₄為固體，所以其他條件不變，增大Si₃N₄的物質(zhì)的量，對(duì)平衡無(wú)影響，錯(cuò)誤；D、按3:2:6的物質(zhì)的量比增加反應(yīng)物，H₂的體積分?jǐn)?shù)增大，所以SiC1₄（g）的轉(zhuǎn)化率增大，錯(cuò)誤。
（3）該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨著溫度升高，平衡常數(shù)減小，所以T₃溫度最低，反應(yīng)速率最小，達(dá)到平衡所需時(shí)間最長(zhǎng)；當(dāng)反應(yīng)恰好達(dá)到平衡時(shí)，根據(jù)平衡常數(shù)可得：0．3¹²÷（0．3³×0．3⁶×x²）=1．2，解得x=0．15mol，要使平衡建立的過程中HCl濃度減小，反應(yīng)向左進(jìn)行，所以0 ≤ x < 0．15
（4）根據(jù)化學(xué)方程式，原子的利用率=140÷（140+12×36．5）×100%=24．22%
（5）首先寫出化學(xué)方程式并注明狀態(tài)：SiO₂(s)+2C(s)+2Cl₂(g)=SiCl₄(g)+2CO(g)，然后根據(jù)蓋斯定律求算焓變，該反應(yīng)可由已知的3個(gè)反應(yīng)經(jīng)① + ②—③求得，所以?H=(a+b-c)kJ?mol?¹，進(jìn)而可寫成化學(xué)方程式。