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?dú)饬髦�，通過(guò)以下反應(yīng)制得：3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）

高溫

Si₃N₄（s）+6CO（g）
（1）該反應(yīng)的氧化劑是

 

，其還原產(chǎn)物是

 

；
（2）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=

 

；
（3）若知上述反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則其反應(yīng)熱△H

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）
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(dá)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(shí)間t關(guān)系如圖所示．圖中t₄時(shí)引起平衡移動(dòng)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(shí)間是

 

．
（5）若某溫度下1L密閉容器中，足量的SiO₂和C與2mol N₂充分反應(yīng)，達(dá)平衡后N₂的轉(zhuǎn)化率為50%，求該溫度下的平衡常數(shù)．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,反應(yīng)熱和焓變,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)反應(yīng)速率變化曲線及其應(yīng)用

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）反應(yīng)物中元素化合價(jià)升高失電子做還原劑，元素化合價(jià)降低的物質(zhì)得到電子做氧化劑，氧化劑被還原得到還原產(chǎn)物；
（2）根據(jù)平衡常數(shù)等于氣體生成物的濃度冪之積除以氣體反應(yīng)物的濃度冪之積；
（3）反應(yīng)放熱，△H＜0，根據(jù)升高溫度平衡移動(dòng)的方向判斷平衡常數(shù)的變化；根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算反應(yīng)速率；
（4）t₄時(shí)正逆反應(yīng)速率都較原平衡時(shí)的速率大，可升高溫度或增大壓強(qiáng)；t₆時(shí)正逆反應(yīng)速率都較原平衡時(shí)的速率大，但平衡不移動(dòng)，前后氣體系數(shù)之和不等，只能是使用催化劑；在反應(yīng)向逆反應(yīng)之前衡混合物中CO的含量最高；
（5）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算，平衡常數(shù)=

生成物平衡濃度冪次方乘積

反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積

．

解答： 解：（1）3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）

高溫

Si₃N₄（s）+6CO（g），反應(yīng)中氮元素化合價(jià)0價(jià)變化為-3價(jià)，反應(yīng)中做氧化劑被還原生成Si₃N₄（s），碳元素化合價(jià)0價(jià)升高為+2價(jià)做還原劑；
故答案為：N₂；Si₃N₄（s）；
（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(yīng)物的濃度冪之積，則K=

c6(CO)

c2(N2)

，故答案為：

c6(CO)

c2(N2)

；
（3）反應(yīng)吸熱，△H＞0，升高溫度平衡移動(dòng)正反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大，速率之比等于化學(xué)計(jì)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，
故答案為：增大；6 mol?L^-1?min^-1；
（4）t₄時(shí)正逆反應(yīng)速率都較原平衡時(shí)的速率大，可增大壓強(qiáng)；t₆時(shí)正逆反應(yīng)速率都較原平衡時(shí)的速率大，但平衡不移動(dòng)，前后氣體系數(shù)之和不等，只能是使用催化劑；在t₄時(shí)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則t₃～t₄時(shí)平衡混合物中CO的含量最高，
故答案為：加壓；t₃～t₄；
（5）若某溫度下1L密閉容器中，足量的SiO₂和C與2mol N₂充分反應(yīng)，達(dá)平衡后N₂的轉(zhuǎn)化率為50%，
              3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）

高溫

Si₃N₄（s）+6CO（g）
起始量（mol/L）                   2                      0
變化量（mol/L）                   1                      3      
平衡量（mol/L）                   1                      3
該溫度下的平衡常數(shù)K=

36

12

=729；
答：該溫度下的平衡常數(shù)為729．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡的移動(dòng)，難度不大，做題時(shí)注意外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響．