Question

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）

高温

Si₃N₄（s）+6CO（g）△H＜0
（1）该反应的平衡常数表达式为K=

=

c6(CO)

c2(N2)

；升高温度，其平衡常数值

减小

（选填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）上述反应的熵变△S

＞

0（选填“＞、＜或=”）．
（3）在一定温度下上述反应达到平衡的标志是

CD

（填序号）
A．单位时间生成2摩尔Si₃N₄的同时生成1摩尔的N₂
B．容器内c（N₂）：c（CO）=1：3
C．容器内的气体中，CO的百分含量保持不变
D．单位时间消耗1摩尔SiO₂的同时生成2摩尔的C
（4）达到平衡后，改变某一外界条件，反应速率v与时间t的关系如图：

若不改变N₂、CO的量，则图中t₄时引起平衡移动的条件可能是

升高温度后压缩体积增大压强

（写一种）；图中t₆时引起变化的条件是

加入催化剂

；图中表示平衡混合气体中CO的含量最高的一段时间是

t₃～t₄

．

Answer 1

分析：（1）化学平衡常数，是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，注意固体、纯液体浓度为常数，不用写固体、纯液体的浓度；
该反应为放热反应，升高温度平衡逆反应进行，化学平衡常数减小；
（2）由方程式可知，该反应正反应是气体物质的量增大的反应，混乱度增大，熵值增大；
（3）反应到达平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各物质的浓度、百分含量不变，可以及由此衍生的一些量也不发生变化，由此进行判断，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（2）根据平衡移动原理分析，改变影响化学平衡的1个条件，平衡向着减弱这种改变的方向移动，据此结合选项分析．
增大压强平衡向气体体积减小的方向移动；
（4）若不改变N₂、CO的量，由图可知，t₄时瞬间正、逆反应都增大，平衡向逆反应移动，改变条件为升高温度后压缩体积增大压强；t₆时瞬间正、逆反应都增大，平衡不移动，故应是加入催化剂；
t₂时改变改变条件，平衡向正反应移动，在t₃时重新到达平衡，t₄时改变条件，平衡向逆反应移动，t₅时由达平衡，故t₃～t₄平衡状态CO的含量最高．

解答：解：（1）可逆反应3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）的平衡常数k=

c6(CO)

c2(N2)

；
该反应为放热反应，升高温度平衡逆反应进行，化学平衡常数减小；
故答案为：

c6(CO)

c2(N2)

；减小；
（2）由方程式可知，该反应正反应是气体物质的量增大的反应，混乱度增大，熵值增大，故△S＞0；
故答案为：＞；
（3）A．单位时间生成2摩尔Si₃N₄的同时生成1摩尔的N₂，生成2摩尔Si₃N₄的消耗4molN₂，氮气的生成速率与消耗速率不相等，反应未达平衡状态，故A错误；
B．平衡时c（N₂）与c（CO）之比为1：3，可能处于平衡状态，也可能不处于平衡状态，与氮气的转化率等有关，故B错误；
C．平衡时平衡体系个组分的含量不变，CO的百分含量保持不变，说明到达平衡状态，故C正确；
D．单位时间消耗1摩尔SiO₂的同时生成2摩尔的C，消耗1摩尔SiO₂需要消耗2molC，C的生成速率与消耗速率相等，反应达平衡状态，故D正确；
故选CD；
（4）若不改变N₂、CO的量，由图可知，t₄时瞬间正、逆反应都增大，平衡向逆反应移动，改变条件为升高温度后压缩体积增大压强；t₆时瞬间正、逆反应都增大，平衡不移动，故应是加入催化剂；
t₂时改变改变条件，平衡向正反应移动，在t₃时重新到达平衡，t₄时改变条件，平衡向逆反应移动，t₅时由达平衡，故t₃～t₄平衡状态CO的含量最高；
故答案为：升高温度后压缩体积增大压强；加入催化剂；t₃～t₄．

点评：考查化学平衡常数与影响因素、平衡状态判断、影响平衡移动的因素与平衡图象等，比较基础，注意方程式中物质的状态，理解外界条件对反应速率的影响．