Question

（14分）用氮化硅陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高发动机的热效率。工业上用化学气相沉积法制备氮化硅，其反应如下：3SiCl₄(g)+2N₂(g)+6H₂(g)Si₃N₄(s)+12HCl(g)，在温度T₀下的2 L密闭容器中，加入0．30 mol SiC1₄, 0．20 mol N₂． 0．36 mol H₂进行上述反应，2min后达到平衡，测得固体的质量增加了2．80 g
（1） SiCl₄的平均反应速率为＿＿＿
（2）平衡后，若改变温度，混合气体的平均相对分子质量与温度的关系如图所示，下列说法正确的是

A．该反应在任何温度下可自发进行

B．若混合气体的总质量不变，表明上述反应己达到平衡状态

C．其他条件不变，增大Si3N4的物质的量，平衡向左移动

D．按3:2:6的物质的量比增加反应物，SiC14（g）的转化率降低

（3）下表为不同温度下该反应的平衡常数，其他条件相同时，在＿＿＿（填"T₁”、“T₂”．,“T₃”）温度下反应达到平衡所需时间最长：

假设温度为T₁时向该反应容器中同时加入。(SiC1₄) =0．3 mol/L，c(H₂) =0．3 mol/L,，c(N₂) ＝
x mol/L, c (HCl) ＝0．3 mol/L和足量Si₃N₄ (s),若要使平衡建立的过程中HCl浓度减小，x的取值
范围为＿＿＿
（4）该反应的原子利用率为＿＿＿＿
（5）工业上制备SiCl₄的反应过程如下：

写出二氧化硅、焦炭与Cl ₂在高温下反应生成气态SiC1₄和一氧化碳的热化学方程式_____

Answer 1

（14分）
（1）0．015mol/(L?min)（2分） （2）AB（2分）
（3）T₃（2分）  0 ≤ x < 0．15（3分） （4）24．22%（2分）
（5）SiO₂(s)+2C(s)+2Cl₂(g)=SiCl₄(g)+2CO(g) ?H=(a+b-c)kJ?mol?¹（3分）

试题分析：（1）反应生成的n(Si₃N₄)=2．8g÷140g/mol=0．02mol，则反应的SiCl₄为：n(SiCl₄)=3n(Si₃N₄)=3×0．02mol=0．06mol，则v(Si₃N₄)=0．06mol÷2L÷2min=0．015mol/(L?min)。
（2）正反应方向，气体的物质的量增大，气体的质量减小，根据图像可知温度升高，混合气体的平均相对分子质量增大，所以升温平衡向逆反应方向移动移动，则该反应为放热反应。A、因为该反应?H <0，?S>0，所以?H?—T?S恒小于0，在任何温度下可自发进行，正确；B、因为Si₃N₄为固体，反应前后气体的质量不相等，所以若混合气体的总质量不变，表明反应己达到平衡状态，正确；C、因为Si₃N₄为固体，所以其他条件不变，增大Si₃N₄的物质的量，对平衡无影响，错误；D、按3:2:6的物质的量比增加反应物，H₂的体积分数增大，所以SiC1₄（g）的转化率增大，错误。
（3）该反应为放热反应，随着温度升高，平衡常数减小，所以T₃温度最低，反应速率最小，达到平衡所需时间最长；当反应恰好达到平衡时，根据平衡常数可得：0．3¹²÷（0．3³×0．3⁶×x²）=1．2，解得x=0．15mol，要使平衡建立的过程中HCl浓度减小，反应向左进行，所以0 ≤ x < 0．15
（4）根据化学方程式，原子的利用率=140÷（140+12×36．5）×100%=24．22%
（5）首先写出化学方程式并注明状态：SiO₂(s)+2C(s)+2Cl₂(g)=SiCl₄(g)+2CO(g)，然后根据盖斯定律求算焓变，该反应可由已知的3个反应经① + ②—③求得，所以?H=(a+b-c)kJ?mol?¹，进而可写成化学方程式。