Question

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）

高溫

Si₃N₄（s）+6CO（g）
（1）該反應的氧化劑是

 

，其還原產(chǎn)物是

 

；
（2）該反應的平衡常數(shù)表達式為K=

 

；
（3）若知上述反應為吸熱反應，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關(guān)系如圖所示．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）若某溫度下1L密閉容器中，足量的SiO₂和C與2mol N₂充分反應，達平衡后N₂的轉(zhuǎn)化率為50%，求該溫度下的平衡常數(shù)．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,反應熱和焓變,化學平衡的影響因素,化學反應速率變化曲線及其應用

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）反應物中元素化合價升高失電子做還原劑，元素化合價降低的物質(zhì)得到電子做氧化劑，氧化劑被還原得到還原產(chǎn)物；
（2）根據(jù)平衡常數(shù)等于氣體生成物的濃度冪之積除以氣體反應物的濃度冪之積；
（3）反應放熱，△H＜0，根據(jù)升高溫度平衡移動的方向判斷平衡常數(shù)的變化；根據(jù)速率之比等于化學計量數(shù)之比計算反應速率；
（4）t₄時正逆反應速率都較原平衡時的速率大，可升高溫度或增大壓強；t₆時正逆反應速率都較原平衡時的速率大，但平衡不移動，前后氣體系數(shù)之和不等，只能是使用催化劑；在反應向逆反應之前衡混合物中CO的含量最高；
（5）依據(jù)化學平衡三段式列式計算，平衡常數(shù)=

生成物平衡濃度冪次方乘積

反應物平衡濃度冪次方乘積

．

解答： 解：（1）3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）

高溫

Si₃N₄（s）+6CO（g），反應中氮元素化合價0價變化為-3價，反應中做氧化劑被還原生成Si₃N₄（s），碳元素化合價0價升高為+2價做還原劑；
故答案為：N₂；Si₃N₄（s）；
（2）平衡常數(shù)等于氣體生成物的濃度冪之積除以氣體反應物的濃度冪之積，則K=

c6(CO)

c2(N2)

，故答案為：

c6(CO)

c2(N2)

；
（3）反應吸熱，△H＞0，升高溫度平衡移動正反應方向移動，平衡常數(shù)增大，速率之比等于化學計量數(shù)之比，則v（N₂）=

1

3

×v（CO）=

1

3

×18mol?L^-1．min^?1=6 mol?L^-1．min^?1，
故答案為：增大；6 mol?L^-1?min^-1；
（4）t₄時正逆反應速率都較原平衡時的速率大，可增大壓強；t₆時正逆反應速率都較原平衡時的速率大，但平衡不移動，前后氣體系數(shù)之和不等，只能是使用催化劑；在t₄時反應向逆反應方向移動，則t₃～t₄時平衡混合物中CO的含量最高，
故答案為：加壓；t₃～t₄；
（5）若某溫度下1L密閉容器中，足量的SiO₂和C與2mol N₂充分反應，達平衡后N₂的轉(zhuǎn)化率為50%，
              3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）

高溫

Si₃N₄（s）+6CO（g）
起始量（mol/L）                   2                      0
變化量（mol/L）                   1                      3      
平衡量（mol/L）                   1                      3
該溫度下的平衡常數(shù)K=

36

12

=729；
答：該溫度下的平衡常數(shù)為729．

點評：本題考查化學平衡的移動，難度不大，做題時注意外界條件對化學平衡的影響．