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___；

（2）該反應的平衡常數表達式為K=___；

（3）若知上述反應為放熱反應，升高溫度，其平衡常數值___（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為K＝729，則在同溫度下1L密閉容器中，足量的SiO2和C與2molN2充分反應，則N2的轉化率是___（提示：272=729）

Answer 1

【答案】氮氣 K= 減小 6molL-1min-1 升高溫度或增大壓強 t3~t4 50%

【解析】

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

（1）C由0價升高到+2價，N由0價降低到-3價，由此可確定該反應的氧化劑。

（2）該反應的平衡常數表達式為生成物中氣體的濃度冪除以反應物中氣體的濃度冪。

（3）若知上述反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，由此確定其平衡常數值的變化；若已知CO生成速率為v(CO)＝18mol·L-1·min-1，則由化學計量數關系，確定N2消耗速率。

（4）圖中t4時，V正、V逆都突然增大，說明是增大壓強或升高溫度所致，再分析反應，便可確定引起平衡移動的條件。

圖中表示平衡混合物中CO的含量最高的一段時間，應為最后出現平衡正向移動的平衡點。

（5）利用三段式，確定氣體的平衡量，得出平衡常數的計算式，從而求出N2的變化量，最后求出N2的轉化率。

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

（1）C由0價升高到+2價，N由0價降低到-3價，由此可確定該反應的氧化劑為氮氣。答案為：氮氣；

（2）該反應的平衡常數表達式為K=。答案為：K=；

（3）若知上述反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，由此確定其平衡常數值減小；若已知CO生成速率為v(CO)＝18mol·L-1·min-1，則由化學計量數關系，確定N2消耗速率v(N2)＝v(CO)＝6mol·L-1·min-1。答案為：減小；6molL-1min-1；

（4）圖中t4時，V正、V逆都突然增大，說明是增大壓強或升高溫度所致，該反應為放熱的體積增大的可逆反應，不管是升高溫度還是增大壓強，平衡都是逆向移動，V逆>V正，所以，圖中t4時引起平衡移動的條件可能是升高溫度或增大壓強。答案為：升高溫度或增大壓強；

圖中，t2~t3段，平衡正向移動，平衡混合物中CO的含量增大；t4~t5，平衡逆向移動，平衡混合物中CO的含量減小，所以，圖中表示平衡混合物中CO的含量最高的一段時間是t3~t4。答案為：t3~t4；

（5）設N2的物質的量的變化量為x

K===729=272，則，從而求出x=1。

則N2的轉化率是=50%。答案為：50%。