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）
（1）该反应的氧化剂是

 

，其还原产物是

 

；
（2）该反应的平衡常数表达式为K=

 

；
（3）若知上述反应为吸热反应，则其反应热△H

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）
升高温度，其平衡常数值

 

（填“增大”“减小”或“不变”）；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）=

 

．
（4）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关系如图所示．图中t₄时引起平衡移动的条件可能是

 

；图中表示平衡混合物中CO的含量最高的一段时间是

 

．
（5）若某温度下1L密闭容器中，足量的SiO₂和C与2mol N₂充分反应，达平衡后N₂的转化率为50%，求该温度下的平衡常数．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,反应热和焓变,化学平衡的影响因素,化学反应速率变化曲线及其应用

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）反应物中元素化合价升高失电子做还原剂，元素化合价降低的物质得到电子做氧化剂，氧化剂被还原得到还原产物；
（2）根据平衡常数等于气体生成物的浓度幂之积除以气体反应物的浓度幂之积；
（3）反应放热，△H＜0，根据升高温度平衡移动的方向判断平衡常数的变化；根据速率之比等于化学计量数之比计算反应速率；
（4）t₄时正逆反应速率都较原平衡时的速率大，可升高温度或增大压强；t₆时正逆反应速率都较原平衡时的速率大，但平衡不移动，前后气体系数之和不等，只能是使用催化剂；在反应向逆反应之前衡混合物中CO的含量最高；
（5）依据化学平衡三段式列式计算，平衡常数=

生成物平衡浓度幂次方乘积

反应物平衡浓度幂次方乘积

．

解答： 解：（1）3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）

高温

Si₃N₄（s）+6CO（g），反应中氮元素化合价0价变化为-3价，反应中做氧化剂被还原生成Si₃N₄（s），碳元素化合价0价升高为+2价做还原剂；
故答案为：N₂；Si₃N₄（s）；
（2）平衡常数等于气体生成物的浓度幂之积除以气体反应物的浓度幂之积，则K=

c6(CO)

c2(N2)

，故答案为：

c6(CO)

c2(N2)

；
（3）反应吸热，△H＞0，升高温度平衡移动正反应方向移动，平衡常数增大，速率之比等于化学计量数之比，则v（N₂）=

1

3

×v（CO）=

1

3

×18mol?L^-1．min^?1=6 mol?L^-1．min^?1，
故答案为：增大；6 mol?L^-1?min^-1；
（4）t₄时正逆反应速率都较原平衡时的速率大，可增大压强；t₆时正逆反应速率都较原平衡时的速率大，但平衡不移动，前后气体系数之和不等，只能是使用催化剂；在t₄时反应向逆反应方向移动，则t₃～t₄时平衡混合物中CO的含量最高，
故答案为：加压；t₃～t₄；
（5）若某温度下1L密闭容器中，足量的SiO₂和C与2mol N₂充分反应，达平衡后N₂的转化率为50%，
              3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）

高温

Si₃N₄（s）+6CO（g）
起始量（mol/L）                   2                      0
变化量（mol/L）                   1                      3      
平衡量（mol/L）                   1                      3
该温度下的平衡常数K=

36

12

=729；
答：该温度下的平衡常数为729．

点评：本题考查化学平衡的移动，难度不大，做题时注意外界条件对化学平衡的影响．