Question

【题目】氮化硅（Si3N4）耐高温、硬度大，可用石英与焦炭在1400~1450℃的氮气中合成：3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)=Si3N4(s)+6CO(g)－Q（Q＞0），在一定条件下，向10L密闭容器中加入反应物，10min后达到平衡。完成下列问题：

（1）上述反应所涉及的属于第三周期的元素，其原子的最外层电子轨道表示式为______。其中一种元素的原子核外s电子数与p电子数相等，其原子的核外电子能量不同的有_____种。

（2）上述反应混合物中的极性分子是______，写出非极性分子的电子式________。分析用氮化硅制造轴承和发动机中耐热部件的原因是___________。

（3）该反应的平衡常数表达式为__________。可以提高二氧化硅转化率的措施是________（任写一条），该措施对平衡常数的影响为__________（填“增大”、“减小”或“保持不变”）。

（4）测得平衡时固体质量减少了5.6g，则用氮气表示的平均反应速率为__________。

Answer 1

【答案】 3 CO 氮化硅是原子晶体，氮原子和硅原子间的共价键决定氮化硅具有很高的硬度和熔沸点 K= 升高反应温度（或充入氮气） 增大（或保持不变） 0.001mol·L-1·min-1 或1×10-3 mol·L-1·min-1

【解析】

(1)反应所涉及的属于第三周期的元素为Si元素，硅是14号元素，据此书写最外层电子轨道表示式；其中的一种元素的原子核外s电子数与p电子数相等，核外电子数排布为1s22s22p4，据此解答；

(2)反应中涉及的分子有CO和N2，根据分子的性质分析判断；氮化硅是原子晶体，据此解答；

(3)根据3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)=Si3N4(s)+6CO(g)结合平衡常数的概念书写表达式；该反应为吸热反应，若要提高二氧化硅转化率，需要平衡正向移动，结合平衡移动的影响因素分析解答；

(4)利用差量法计算生成参加反应氮气的质量，再根据v=计算v(N2)。

(1)3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)=Si3N4(s)+6CO(g)反应所涉及的属于第三周期的元素为Si元素，硅是14号元素，最外层电子排布为3s23p2，最外层电子轨道表示式为，

其中的一种元素的原子核外s电子数与p电子数相等，核外电子数排布为1s22s22p4，含有3个能级，其原子的核外电子能量不同的有3种，故答案为：；3；

(2)3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)=Si3N4(s)+6CO(g)反应中CO属于极性分子，氮气为非极性分子，氮气分子中N原子之间形成3对共用电子对，电子式为；氮化硅是原子晶体，具有很高的硬度和熔沸点，可以制造发动机中耐热部件，故答案为：CO；；氮化硅是原子晶体，具有很高的硬度和熔沸点；

(3)3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)=Si3N4(s)+6CO(g)，反应的平衡常数表达式K=；该反应为吸热反应，若要提高二氧化硅转化率，需要平衡正向移动，可以采取的措施有升高反应温度、充入氮气等；升高反应温度，配合正向移动，平衡常数增大，若采取的措施是充入氮气，尽管平衡移动，但温度不变，平衡常数保持不变，故答案为：K=；升高反应温度(或充入氮气)；增大(或保持不变)；

(4)设反应的氮气的物质的量为x，

3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)Si3N4(s)+6CO(g) 固体质量减少

2mol 112g

x 5.6g

则=，解得：x=0.1mol，则v(N)==0.001mol/(L·min)，故答案为：0.001mol/(L·min)。