Question

氮化硅（Si₃N₄）是一种新型陶瓷材料，它可由石英与焦炭在高温的氮气流中，通过以下反应制得：3SiO₂（s）+6C(s)+ 2N₂(g)    Si₃N₄(s)+ 6CO(g)

（1）该反应的氧化剂是                ，其还原产物是                ；

（2）该反应的平衡常数表达式为K＝                                   ；

（3）若知上述反应为放热反应，则其反应热△H       0（填“>”、“<”或“=”）；升高温度，其平衡常数值      （填“增大”、“减小”或“不变”）； 若已知CO生成速率为v(CO)＝18mol·L^-1·min^-1，则N₂消耗速率为v(N₂)＝                      ．

（4）达到平衡后，改变某一外界条件（不改变N₂、CO的量），反应速率与时间t的关系如右图。图中t₄时引起平衡移动的条件可能是              ；图中表示平衡混合物中CO的含量最高的一段时间是            。

（5）若该反应的平衡常数为 K＝729，则在同温度下1L密闭容器中，足量的SiO₂和C与2mol N₂充分反应，则N₂的转化率是                （提示：27² = 729）

Answer

（1）N2，Si3N4；

（2）C6(C0)/C2(N2)；

（3）< ；减小；6mol/(L.min)

（4）增大压强或升高温度；t3-t4

（5）50﹪（提示：272 = 729）

【解析】

试题分析：（1）反应中氮气中氮元素化合价降低，做氧化剂，氮化硅为还原产物。

（2）可逆反应3SiO2（s）+6C（s）+2N2（g）⇌Si3N4（s）+6CO（g）的平衡常数k= C6(C0)/C2(N2)；

（3）对于放热反应，反应热△H＜0；该反应为放热反应，升高温度平衡逆反应进行，化学平衡常数减小；已知CO生成速率为v（CO）=18mol/（L•min），根据速率之比等于化学计量数之比，则N2消耗速率为：v（N2）= v（CO）/3=18/3=6mol/（L•min）；

（4）t4时正逆反应速率都较原平衡时的速率大，可升高温度或增大压强，在t4时反应向逆反应方向移动，则t3～t4时平衡混合物中CO的含量最高。

（5）设反应的N2的物质的量为x，

3SiO2（s）+6C（s）+2N2（g）Si3N4（s）+6CO（g）

起始： 2mol 0

转化：x 3x

平衡：2-x 3x

则平衡时N2的浓度为（2-x）mol/L，CO的浓度为3x mol/L，则有：=729，解之得x=1，则N2的转化率是1/2×100%=50%。

考点：，化学平衡的计算，氧化还原反应，化学平衡常数的含义，化学平衡的影响因素，反应速率与化学平衡图像的综合应用