Question

17．用氮化硅（Si₃N₄）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）△H＜0  完成下列填空：
（1）在一定温度下进行上述反应，若反应容器的容积为2L，3min后达到平衡，测得固体的质量增加了2.80g，则H₂的平均反应速率0.02 mol•（L•min）^-1；该反应的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{12}（HCl）}{{c}^{6}（{H}_{2}）{c}^{2}（{N}_{2}）{c}^{3}（SiC{l}_{4}）}$．
（2）上述反应达到平衡后，下列说法正确的是bd．
a．其他条件不变，压强增大，平衡常数K减小
b．其他条件不变，温度升高，平衡常数K减小
c．其他条件不变，增大Si₃N₄物质的量，平衡向左移动
d．其他条件不变，增大HCl物质的量，平衡向左移动
（3）将0.050mol SO₂（g）和0.030mol O₂（g）放入容积为1L的密闭容器中，反应2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）在一定条件下达到平衡，测得c（SO₃）=0.040mol/L．计算该条件下反应的平衡常数K和SO₂的平衡转化率（写出计算过程）．

Answer 1

分析 （1）3min后达到平衡，测得固体的质量增加了2.80g，则生成n（Si₃N₄）=$\frac{2.80g}{140g/mol}$=0.2mol，则消耗氢气为0.2mol×6=1.2mol，K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，纯固体不能代入K的表达式中；
（2）K只与温度有关，升高温度平衡向吸热方向移动；纯固体不影响平衡移动，增大生成物的浓度时平衡逆向移动；
（3）达到平衡，测得c（SO₃）=0.040mol/L，则
      2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
开始 0.05        0.03            0
转化 0.04        0.02           0.04
平衡 0.01       0.01            0.04
结合平衡浓度计算K，转化率=$\frac{转化的量}{开始的量}$×100%计算．

解答 解：（1）3min后达到平衡，测得固体的质量增加了2.80g，则生成n（Si₃N₄）=$\frac{2.80g}{140g/mol}$=0.2mol，则消耗氢气为0.2mol×6=1.2mol，则H₂的平均反应速率为$\frac{\frac{1.2mol}{2L}}{3min}$=0.02 mol•（L•min）^-1；该反应的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{12}（HCl）}{{c}^{6}（{H}_{2}）{c}^{2}（{N}_{2}）{c}^{3}（SiC{l}_{4}）}$，
故答案为：0.02；$\frac{{c}^{12}（HCl）}{{c}^{6}（{H}_{2}）{c}^{2}（{N}_{2}）{c}^{3}（SiC{l}_{4}）}$；
（2）a．其他条件不变，压强增大，平衡常数K不变，K只与温度有关，故错误；
b．该反应为放热单元，其他条件不变，温度升高，平衡逆向移动，平衡常数K减小，故正确；
c．其他条件不变，增大Si₃N₄物质的量，纯固体不影响平衡移动，则平衡不移动，故错误；
d．其他条件不变，增大HCl物质的量，生成物浓度增大，平衡向左移动，故正确；
故答案为：bd；
（3）达到平衡，测得c（SO₃）=0.040mol/L，则
      2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
开始 0.05        0.03            0
转化 0.04        0.02           0.04
平衡 0.01       0.01            0.04
则K=$\frac{0.0{4}^{2}}{0.0{1}^{2}×0.01}$=1.6×10³ mol•L^-1，
α（SO₂）=$\frac{0.04}{0.05}$×100%=80%，
答：该条件下反应的平衡常数K为1.6×10³ mol•L^-1，SO₂的平衡转化率为80%．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握化学平衡三段法、K及转化率的计算、平衡移动为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意K只与温度有关，题目难度不大．