Question

（2009?營口模擬）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

氮氣

，其還原產(chǎn)物是

氮化硅

；
（2）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為 K=

c6(CO)

c2(N2)

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

＜

0（填“＞”、“＜”或“=”）；升高溫度，其平衡常數(shù)值

減小

（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）=

6mol?L^-1．min^?1

．
（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

升高溫度或增大壓強

；圖中表示平衡混合物中CO的含量最高的一段時間是

t₃～t₄

．
（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2mol N₂充分反應(yīng)，則N₂的轉(zhuǎn)化率是多少？（寫出計算過程）  提示：27²=729．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)化合價的變化判斷氧化劑和還原產(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)物的濃度冪之積計算；
（3）反應(yīng)放熱，△H＜0，根據(jù)升高溫度平衡移動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)計量數(shù)之比計算反應(yīng)速率；
（4）t₄時正逆反應(yīng)速率都較原平衡時的速率大，可升高溫度或增大壓強，在反應(yīng)向逆反應(yīng)之前衡混合物中CO的含量最高；
（5）根據(jù)平衡常數(shù)計算．

解答：解：（1）反應(yīng)中N元素的化合價降低，有0價降為-3價，則氧化劑為氮氣，氧化劑對應(yīng)的生成物為還原產(chǎn)物，應(yīng)為氮化硅，
故答案為：氮氣；氮化硅；
（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：K=

c6(CO)

c2(N2)

；
（3）反應(yīng)放熱，△H＜0，升高溫度平衡移動逆反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)減小，速率之比等于化學(xué)計量數(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：＜；減��；6 mol?L^-1．min^?1；       
（4）t₄時正逆反應(yīng)速率都較原平衡時的速率大，可升高溫度或增大壓強，在t₄時反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動，則t₃～t₄時平衡混合物中CO的含量最高，
故答案為：升高溫度或增大壓強，t₃～t₄；
（5）設(shè)反應(yīng)的N₂的物質(zhì)的量為x，
     3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）Si₃N₄（s）+6CO（g）
起始：2mol                          0
轉(zhuǎn)化：x                            3x
平衡：2-x                          3x
則平衡時N₂的濃度為（2-x）mol/L，CO的濃度為3x mol/L，則有：

(3x)6

(2-x)2

=729，解之得x=1，
則N₂的轉(zhuǎn)化率是

1

2

×100%=50%，
故答案為：50%．

點評：本題考查化學(xué)平衡的有關(guān)計算，本題難度較大，做題時注意平衡常數(shù)的計算和應(yīng)用．