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(yīng)制得：3SiO2（s）+6C(s)+2N2(g)Si3N4(s)+ 6CO(g)。

（1）該反應(yīng)的氧化劑是___；

（2）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為K=___；

（3）若知上述反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，其平衡常數(shù)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(yīng)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(yīng)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2molN2充分反應(yīng)，則N2的轉(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)的氧化劑。

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

（3）若知上述反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，由此確定其平衡常數(shù)值的變化；若已知CO生成速率為v(CO)＝18mol·L-1·min-1，則由化學(xué)計量數(shù)關(guān)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(yīng)，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(yīng)為最后出現(xiàn)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(shù)的計算式，從而求出N2的變化量，最后求出N2的轉(zhuǎn)化率。

對于反應(yīng)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(yīng)的氧化劑為氮氣。答案為：氮氣；

（2）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為K=。答案為：K=；

（3）若知上述反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，由此確定其平衡常數(shù)值減小；若已知CO生成速率為v(CO)＝18mol·L-1·min-1，則由化學(xué)計量數(shù)關(guān)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(yīng)為放熱的體積增大的可逆反應(yīng)，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(shè)N2的物質(zhì)的量的變化量為x

K===729=272，則，從而求出x=1。

則N2的轉(zhuǎn)化率是=50%。答案為：50%。