题目内容

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2L密闭容器中,加入0.30mol SiC14,0.20mol N2.0.36mol H2进行上述反应,2min后达到平衡,测得固体的质量增加了2.80g
(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:
温度TT1T2T3
平衡常数K1.22.510
假设温度为T1时向该反应容器中同时加入.(SiC14)=0.3mol/L,c(H2)=0.3mol/L,c(N2)=
x mol/L,c (HCl)=0.3mol/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:
①SiO2(s)+2C(s)═Si(s)+2CO(g),△H═akJ/mol
②Si(s)+2Cl2(g)═SiCl4(l),△H=bkJ/mol
③SiCl4(g)═SiCl4(l),△H═ckJ/mol
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
 
.
考点:化学平衡的计算,热化学方程式,反应速率的定量表示方法,化学平衡状态的判断
专题:化学平衡专题
分析:(1)固体的质量增加了2.80g为Si3N4的质量,根据n=
m
M
计算其物质的量,根据方程式计算消耗SiCl4的物质的量,再根据v=
△n
V
△t
计算v(SiCl4);
(2)平衡向正反应方向移动时,混合气体总质量减小,混合气体总物质的量增大,混合气体的平均相对分子质量减小,由图可知,随温度升高,气体的平均相对分子质量增大,说明升温时平衡逆向移动,正反应为放热反应,结合外界条件对平衡移动影响及利用平衡的特征“等”、“定”及由此衍生的一些量来分析;
(3)温度越低,反应速率越慢,到达平衡时间越长;据Q与K的数值比较判断反应方向;
(4)原子利用率=(目标产物总量/按化学方程式计算生成物总量)×100%;
(5)利用已知热化学方程式和盖斯定律书写.
解答: 解:(1)固体的质量增加了2.80g为Si3N4的质量,其物质的量
2.8g
140g/mol
=0.02mol,根据方程式可知消耗SiCl4的物质的量=0.02mol×3=0.06mol,故v(SiCl4)=
0.06mol
2L
2min
=0.015mol/(L.min),
故答案为:0.015mol/(L.min);
(2)A.由图可知,随温度升高,气体的平均相对分子质量增大,说明正反应为放热反应,即△H<0,反应的△S>0,△H-T△S<0时反应能够自发进行,所以任何温度下反应都能够自发进行,故A正确;
B.Si3N4是固体,随反应进行混合气体的总质量减小,若混合气体的总质量不变,表明上述反应己达到平衡状态,故B正确;
C.Si3N4是固体,增大其物质的量,不影响平衡移动,故C错误;
D.按3:2:6的物质的量比增加反应物,相当于增大氢气浓度,SiC14(g)的转化率升高,故D错误;
故答案为:AB;
(3)正反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,故温度T1>T2>T3,温度越低,反应速率越慢,到达平衡时间越长,即温度T3达到平衡时间最长;Q=
[HCl]12
[SiCl]3?[N2]2?[H2]6
<K=1.2时,平衡逆向移动,0≤x<0.15时符合,故答案为:T3;0≤x<0.15;
(4)原子利用率=(目标产物总量/按化学方程式计算生成物总量)×100%,故该反应原子利用率=[(28×3+14×4)÷(28×3+14×4+36.6×12)]×100%=24.22%,
故答案为:24.22%;
(5)已知
①SiO2(s)+2C(s)═Si(s)+2CO(g),△H═akJ/mol
②Si(s)+2Cl2(g)═SiCl4(l),△H=bkJ/mol
③SiCl4(g)═SiCl4(l),△H═ckJ/mol
据盖斯定律,①+②-③得:SiO2(s)+2C(s)+2Cl2(g)═SiCl4(g)+2CO(g)△=(a+b-c)KJ/mol,故答案为:SiO2(s)+2C(s)+2Cl2(g)═SiCl4(g)+2CO(g)△=(a+b-c)KJ/mol.
点评:本题考查化学反应速率计算、外界条件对平衡移动影响、平衡常数影响因素、原子利用率的计算等,题目难度中等,注重对常考知识点的考查,能较好的体现学生分析解答问题的能力.
练习册系列答案
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温度(K)273293313333353373
Ca(OH)2溶解度(g/100g H2O)0.190.170.140.120.090.08
(1)从表中数据可以获得的信息是(只写一条)
 
.
(2)烧杯中未溶物仅为CaCO3,理由是(用化学方程式回答)
 
.
(3)配制100mL 0.1mol?L-1Ca(OH)2溶液:准确称取w克试样,置于烧杯中,加适量蒸馏水,
 
,将溶液转入
 
,洗涤,定容,摇匀.
(4)室温下,
 
(填“能”或“不能”) 用Ca(OH)2固体配制0.1mol?L-1Ca(OH)2溶液.
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步骤4:
 

 
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现象是
 
,说明该试剂中含有Ca(OH)2

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