Question

（17分）氮化硅是一種新型陶瓷材料，它可由石英晶體與焦炭顆粒在高溫的氮?dú)饬髦�，通過(guò)如下反應(yīng)制得：3SiO2 + 6C + 2N2 Si3N4 + 6CO，該反應(yīng)過(guò)程中的能量變化如圖⑵所示；回答下列問(wèn)題：

（1）上述反應(yīng)中的還原劑是 ，還原產(chǎn)物是 。

（2）該反應(yīng)是 （填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)。

（3）在一定溫度下，上述反應(yīng)在4L密閉容器內(nèi)進(jìn)行，用M、N兩種物質(zhì)描述其物質(zhì)的量隨時(shí)間變化的曲線如圖⑶所示：

①M(fèi)、N表示的物質(zhì)分別為 、 。

②比較t2時(shí)刻，正逆反應(yīng)速率大小（正） （逆）。

（填“>”、“=”、“<”）。.

③若t2=2min，計(jì)算反應(yīng)開始至t2時(shí)刻，M的平均化學(xué)反應(yīng)速率為 。

④t3時(shí)刻化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率為 。

（4）①某種氫燃料電池是用固體金屬氧化物陶瓷作電解質(zhì)，某電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為：A極H2－2e－＋O2－===H2O；則A極是電池的 極 (填“正”或“負(fù)”)。

②上述合成氮化硅的反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣不能排放，經(jīng)過(guò)處理以后可以用下圖所示的儀器測(cè)量尾氣中CO的含量。多孔電極中間的固體氧化鋯—氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)允許O2-在其間通過(guò)，其工作原理如圖⑷所示，其中多孔Pt電極a、b分別是氣體CO、O2的載體。

Ⅰ.該電池的正極為 （填a或b）；O2 流向 （填 “正極”或“負(fù)極”）

Ⅱ.該電池的正極反應(yīng)式為 ，負(fù)極反應(yīng)式為 。

 

Answer 1

（1）C；Si3N4 ；（2）放熱 ；（3）① CO 、N2 ； ②（正） > （逆）③ 1mol/(L·min)；④ 75% ；

（4）① 負(fù) 。②Ⅰ. b ；負(fù)極； Ⅱ.正極反應(yīng)為O2＋4e－===2O2－ ；負(fù)極反應(yīng)為CO－2e－＋O2－===CO2。

【解析】

試題分析：（1）在反應(yīng)3SiO2 + 6C + 2N2 Si3N4 + 6CO中C的化合價(jià)由0價(jià)→+2價(jià)，作還原劑，N元素的化合價(jià)由反應(yīng)前的N2的0價(jià)→-3價(jià)，得到電子，作氧化劑，變?yōu)檫�原產(chǎn)物Si3N4。（2）由于反應(yīng)物的能量比生成物的能量高，多余的能量釋放出來(lái)。所以該反應(yīng)是放熱反應(yīng)。（3）①由圖像可知M是生成物，N的反應(yīng)物。在反應(yīng)方程式中，反應(yīng)物中只有N2是氣體，生成物中只有CO是氣體，因此M是CO ，N是N2。②在t2時(shí)刻，CO 和N2的物質(zhì)的量濃度相等，由于反應(yīng)還沒有達(dá)到平衡，此時(shí)正逆反應(yīng)速率大小（正）>（逆），反應(yīng)正向進(jìn)行。③若t2=2min，從反應(yīng)開始到t2時(shí)刻，V(M)= (4mol/L-2mol/L) ÷2min=1mol/(L·min). ④t3時(shí)刻化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率為(6mol/L÷8mol/L)×100%=75% ；（4）①由于A電極失去電子，A極是電池的負(fù)極；②Ⅰ. 通入燃料CO的電極為負(fù)極，通入氧氣的電極為正極。由于b電極通入了氧氣，所以該電池的正極為b ；根據(jù)同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的原則，O2-會(huì)向正電荷較多的負(fù)極移動(dòng)； Ⅱ.對(duì)于該燃料電池來(lái)說(shuō)，正極反應(yīng)為O2＋4e－===2O2－ ；負(fù)極反應(yīng)為CO－2e－＋O2－===CO2。該電池的總方程式為2CO＋O2===CO2。

考點(diǎn)：考查氧化劑、還原劑的判斷、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算與判斷、原料的轉(zhuǎn)化率、原電池的電極判斷、電極式的書寫的知識(shí)。