Question

16．氮化硅（Si₃N₄）是一种新型陶瓷材料，它可由石英与焦炭在高温的氮气流中，通过以下反应制得：3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）
（1）该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$；
（2）升高温度，平衡常数K减小，则该反应为放热反应，（填“放热”、或“吸热”）；
（3）若已知CO生成速率为v（CO）=18mol•L^-1•min^-1，则N₂消耗速率为v（N₂）=6mol•L^-1•min^-1
（4）在一定温度下，不能作为该可逆反应达到平衡状态的标志是C；
A．单位时间内1.2molSi-O断裂的同时有0.2molN三N形成       B．Si₃N₄的质量不变
C．v（CO）：v（N₂）=3：1                              D．N₂的转化率不变
（5）若该反应的平衡常数为 K=729，则在同温度下1L密闭容器中，足量的SiO₂和C与2mol N₂充分反应，则N₂的转化率是50%（提示：27²=729）
（6）达到平衡后，改变某一外界条件（不改变N₂、CO的量），反应速率v与时间t的关系如右图．图中t₄时引起平衡移动的条件可能是升高温度或增大压强；图中表示平衡混合物中CO的含量最高的一段时间是t_3～t₄．

Answer 1

分析 （1）K=生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；
（2）升高温度，平衡常数K减小，则升高温度平衡逆向移动；
（3）CO生成速率为v（CO）=18mol•L^-1•min^-1，结合反应速率之比等于化学计量数之比计算v（N₂）；
（4）结合平衡的特征“等、定”及衍生的物理量判断平衡状态；
（5）在同温度下1L密闭容器中，足量的SiO₂和C与2mol N₂充分反应，设转化的氮气为xmol，则
   3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）
开始                  2mol                 0
转化                   x                    3x
平衡                   2-x                  3x
$\frac{（3x）^{6}}{（2-x）^{2}}$=729，以此计算转化率；
（6）t₄时正逆反应速率均增大，且逆反应速率大于正反应速率，则为升高温度或增大压强；从开始改变条件平衡均向正反应进行，t₄时平衡逆向移动．

解答 解：（1）K=生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，则平衡常数表达式为K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$，故答案为：$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$；
（2）升高温度，平衡常数K减小，则升高温度平衡逆向移动，可知该反应为放热反应，故答案为：放热；
（3）CO生成速率为v（CO）=18mol•L^-1•min^-1，由反应速率之比等于化学计量数之比可知v（N₂）=18mol•L^-1•min^-1×$\frac{2}{6}$=6 mol•L^-1•min^-1，
故答案为：6 mol•L^-1•min^-1；
（4）A．单位时间内1.2molSi-O断裂的同时有0.2molN三N形成，可知正逆反应速率相等，能判断平衡，故A不选；       
B．Si₃N₄的质量不变，可知反应达到平衡状态，故B不选；
C．v（CO）：v（N₂）=3：1，始终存在此关系，不能判断平衡，故C选；                             
D．N₂的转化率不变，可知反应达到平衡状态，故D不选；
故答案为：C；
（5）在同温度下1L密闭容器中，足量的SiO₂和C与2mol N₂充分反应，设转化的氮气为xmol，则
   3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）
开始                  2mol                 0
转化                   x                    3x
平衡                   2-x                  3x
$\frac{（3x）^{6}}{（2-x）^{2}}$=729，解得x=1mol，
则N₂的转化率是$\frac{1mol}{2mol}$×100%=50%，
故答案为：50%；
（6）该反应为气体体积增大且放热的反应，t₄时正逆反应速率均增大，且逆反应速率大于正反应速率，则改变条件为升高温度或增大压强；从开始改变条件平衡均向正反应进行，t₄时平衡逆向移动，即表示平衡混合物中CO的含量最高的一段时间是t_3～t₄，
故答案为：升高温度或增大压强；t_3～t₄．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握平衡常数的含义、化学平衡移动因素、平衡判定及三段法计算是解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，题目难度不大．