Question

14．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：
□SiO₂（s）+□C（s）+□N₂（g）$\stackrel{高溫}{?}$□Si₃N₄（s）+□CO（g）
（1）配平反應(yīng)中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)，已知生成1mol氮化硅（Si₃N₄）放出1591.2kJ的熱量，該反應(yīng)每轉(zhuǎn)移1mole^-，放出132kJ的熱量．
（2）該反應(yīng)的氧化劑是N₂，其還原產(chǎn)物是Si₃N₄．
（3）上述反應(yīng)進程中能量變化示意圖如圖甲，試在圖象中用虛線表示在反應(yīng)中使用催化劑后能量的變化情況．

（4）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{c（{N}_{2}）}$．升高溫度，其平衡常數(shù)減�。ㄟx填“增大”、“減小”或“不變”）．
（5）該化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)時間的關(guān)系如圖乙所示，t₂時引起v（正）突變、v（逆）漸變的原因是增大了氮氣的濃度，t₃引起變化的因素為加入（使用）了（正）催化劑，t₅時引起v（逆）大變化、v（正）小變化的原因是升高溫度或縮小容器體積．
（6）利用圖丙裝置，可以模擬鐵的電化學(xué)防護．若X為碳棒，為減緩鐵的腐蝕，開關(guān)K應(yīng)置于N處．
若X為鋅，開關(guān)K置于M處，該電化學(xué)防護法稱為犧牲陽極的陰極保護法．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)質(zhì)量守恒和氧化還原反應(yīng)得失電子守恒配平方程式為3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g），已知生成1mol氮化硅（Si₃N₄）放出1591.2kJ的熱量，此時轉(zhuǎn)移電子12mol電子，該反應(yīng)每轉(zhuǎn)移1mole^-，則生成$\frac{1}{12}$molSi₃N₄，以此計算反應(yīng)熱；
（2）根據(jù)化合價的變化判斷氧化劑以及還原產(chǎn)物；
（3）加入催化劑，降低反應(yīng)的活化能，但反應(yīng)熱不變；
（4）平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{c（{N}_{2}）}$，因正反應(yīng)放熱，則升高溫度平衡逆向移動；
（5）由圖象可知，t₂時v（正）突變、v（逆）漸變，可能增大氮氣的濃度，t₃正逆反應(yīng)速率都增大，t₅時v（逆）、v（正）都減小，但正反應(yīng)速率小于逆反應(yīng)速率，平衡逆向移動；
（6）若X為碳棒，為減緩鐵的腐蝕，應(yīng)形成電解池，鐵為陰極，若X為鋅，開關(guān)K置于M處，為犧牲陽極的陰極保護法．

解答 解：（1）反應(yīng)中Si元素化合價不變，N元素化合價由0價降低到-3價，C元素化合價由0價升高到+2價，則C和氮氣的計量數(shù)之比為3；1，配平后的方程式為3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g），已知生成1mol氮化硅（Si₃N₄）放出1591.2kJ的熱量，此時轉(zhuǎn)移電子12mol電子，該反應(yīng)每轉(zhuǎn)移1mole^-，則生成$\frac{1}{12}$molSi₃N₄，則放出的熱量為$\frac{1}{12}$×=1591.2kJ=132.6kJ，
故答案為：3；6；2；1；6；132；
（2）N元素化合價由0價降低到-3價，C元素化合價由0價升高到+2價，則氮氣為氧化劑，Si₃N₄為還原產(chǎn)物，故答案為：N₂；Si₃N₄；
（3）加入催化劑，降低反應(yīng)的活化能，但反應(yīng)熱不變，應(yīng)為，故答案為：；
（4）書寫平衡常數(shù)表達式時，固體和純液不代入表達式，所以平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{c（{N}_{2}）}$，因正反應(yīng)放熱，則升高溫度平衡逆向移動，則平衡常數(shù)減小，
故答案為：$\frac{{c}^{6}（CO）}{c（{N}_{2}）}$；減�。�
（5）t₂時引起v_正突變、v_逆漸變的原因是，增大了氮氣的濃度，平衡正向正向移動，v_正＞v_逆，t₃時速率變大，但平衡未移動，而兩邊的化學(xué)計量數(shù)不等，故不是增大壓強，而引起變化的因素是加入（使用）了（正）催化劑；t₅時引起v_逆、v_正都變大，但v_逆＞v_正平衡正向移動，所以變化的原因是升高溫度或縮小容器體積，
故答案為：增大了氮氣的濃度；加入（使用）了（正）催化劑；升高溫度或縮小容器體積．
（6）若X為碳棒，為減緩鐵的腐蝕，應(yīng)形成電解池，鐵為陰極，開關(guān)K應(yīng)置于N處，若X為鋅，開關(guān)K置于M處，為犧牲陽極的陰極保護法，
故答案為：N； 犧牲陽極的陰極保護法．

點評 本題多角度考查化學(xué)反應(yīng)原理知識，為高考常見題型，側(cè)重于學(xué)生的分析、計算能力的考查，注意把握題給信息以及圖象的分析，難度中等．