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________________，其還原產物是________________；

（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，則其反應熱△H_______0（填“>”、“<”或“=”）；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2mol N2充分反應，則N2的轉化率是_________________（提示：272 =729）。

Answer 1

【答案】N2Si3N4c6(C0)/c2(N2)＜減小6mol/(L·min)增大壓強或升高溫度t3-t450﹪

【解析】

(1)所含元素化合價降低的反應物為氧化劑,氧化劑發生還原反應生成還原產物；
(2)化學平衡常數，是指在一定溫度下,可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值，注意固體、純液體濃度為常數,不用寫固體、純液體的濃度；
(3)對于放熱反應,反應熱△H <0；該反應為放熱反應，升高溫度平衡逆反應進行，化學平衡常數減小；根據速率之比等于化學計量數之比計算；
(4) t4時，正逆反應速率均比原平衡的速率大，因此，可以升高溫度或增大壓強；t4時改變條件,平衡向逆反應移動,t5時達平衡,故t3-t4平衡狀態CO的含量最高。

（5）根據平衡常數計算。

(1)所含元素化合價降低的反應物是氧化劑,氧化劑被還原得到的生成物是還原產物, 3SiO2（s）+6C(s)+ 2N2(g)Si3N4(s)+ 6CO(g)反應中，氮元素的化合價由0降低到-3價，被還原，做氧化劑；Si3N4 是還原產物；因此，本題正確答案是: N2；Si3N4 。

（2）3SiO2（s）+6C(s)+ 2N2(g)Si3N4(s)+ 6CO(g) 平衡常數表達式為K= c6(C0)/c2(N2)；正確答案：c6(C0)/c2(N2)。

(3)對于放熱反應,反應熱△H <0；該反應為放熱反應,升高溫度平衡逆反應進行,化學平衡常數減小；已知CO生成速率為v(CO)=18 mol·L-1·min-1,根據速率之比等于化學計量數之比,則 N2消耗速率為: v(N2)=1/3v(CO)=1/3×18=6mol/(L·min)； 因此，本題正確答案是: ＜ ，減小，6mol/(L·min)。

(4) t4時，正逆反應速率均比原平衡的速率大，因此，可以升高溫度或增大壓強；t6時瞬間正、逆反應都增大，平衡不移動，故應是加入催化劑；t2時改變條件，平衡向正反應移動，在t3時重新到達平衡，t4時改變條件，平衡向逆反應移動，t5時由達平衡,故t3-t4 平衡狀態CO的含量最高；因此，本題正確答案是: 增大壓強或升高溫度；t3-t4。

（5）設反應的氮氣的物質的量為x,

3SiO2（s）+6C(s)+ 2N2(g)Si3N4(s)+6CO(g)

起始量 2 0

變化量 x 3x

平衡量 2-x 3x

則平衡時氮氣的濃度為(2-x)mol/L,CO的濃度為3xmol/L ,則有: (3x)6/(2-x)2=729,解之得x=1 ，則氮氣的轉化率是1/2×100%=50%；因此本題正確答案是50%。