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)  Si₃N₄(s)  + 6CO(g)

（1）該反應的氧化劑是                ，2molN₂參加反應轉(zhuǎn)移電子數(shù)為                ；

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

（3）若CO的生成速率為v(CO)＝18mol·L^-1·min^-1，則N₂的消耗速率為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(guān)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(zhuǎn)化率是               (提示：27² = 729)

 

Answer 1

【答案】

（1）氮氣 (1分)   12N_A  (1分)（2）K=[c(CO)]⁶/[c(N₂)]²    (2分)（3）6 mol•L^-1•min^-1 (1分)     （4）升高溫度或增大壓強(2分)    t₃~t₄(2分)    （5）50%(2分)   

【解析】

試題分析：（1）反應中N元素的化合價降低，有0價降為-3價，則氧化劑為氮氣，氧化劑對應的生成物為還原產(chǎn)物，應為氮化硅，故答案為：氮氣；氮化硅；（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=[c(CO)]⁶/[c(N₂)]² （3）反應放熱，△H＜0，升高溫度平衡移動逆反應方向移動，平衡常數(shù)減小，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（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，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：升高溫度或增大壓強，t₃～t₄；

（5）設(shè)反應的N₂的物質(zhì)的量為x，

     3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）Si₃N₄（s）+6CO（g）

起始：                 2mol                      0

轉(zhuǎn)化：                  x                        3x

平衡：                  2-x                      3x

則平衡時N₂的濃度為（2-x）mol/L，CO的濃度為3x mol/L，則有：(3x)⁶/(2-x)²=729，解之得x=1，則N₂的轉(zhuǎn)化率是50%。

考點：化學平衡的計算；氧化還原反應；吸熱反應和放熱反應；反應速率的定量表示方法；化學平衡常數(shù)的含義；化學平衡的影響因素 。