Question

13．氮化硅（Si₃N₄）是一种新型陶瓷材料，它可由SiO₂与过量焦炭在1300-1700℃的氮气流中反应制得3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）
（1）上述反应氧化剂是N₂，已知该反应每转移1mole^-，放出132.6kJ的热量，该方程式的△H=-1591.2kJ/mol．
（2）能判断该反应（在体积不变的密闭容器中进行）已经达到平衡状态的是ACD
A．焦炭的质量不再变化               B．N₂ 和CO速率之比为1：3
C．生成6molCO同时消耗1mol Si₃N₄    D．混合气体的密度不再变化
（3）下列措施中可以促进平衡右移的是BD
A．升高温度   B．降低压强    C．加入更多的SiO₂    D．充入N₂
（4）该反应的温度控制在1300-1700°C的原因是温度太低，反应速率太低；该反应是放热反应，温度太高，不利于反应向右进行．
（5）某温度下，测得该反应中N₂和CO各个时刻的浓度如下，求0-20min内N₂的平均反应速率3.70×10²mol/（L•min），该温度下，反应的平衡常数K=81.0．

时间/min	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45
N2浓度mol•L-1	4.00	3.70	3.50	3.36	3.26	3.18	3.10	3.00	3.00	3.00
CO浓度/mol•L-1	0.00	0.90	1.50	1.92	2.22	2.46	2.70	-	-	-

Answer 1

分析 （1）氮的化合价降低，所以反应氧化剂是N₂，3SiO₂ （s）+6C （s）+2N₂ （g）?Si₃N₄ （s）+6CO （g），每转移1mol eˉ放出132.6kJ的热量，化学方程式中电子转移12mol，放热1591.2KJ；
（2）根据平衡状态的特征分析解答；
（3）正反应方向是放热反应和气体体积增大的方向，结合平衡移动的影响因素分析解答；
（4）温度太低，反应速率太低；该反应是放热反应，温度太高，不利于反应向右进行，所以该反应的温度控制在1300-1700°C；
（5）依据化学反应速率概念计算，根据平衡常数列式计算．

解答 解：（1）氮的化合价降低，所以反应氧化剂是N₂，3SiO₂ （s）+6C （s）+2N₂ （g）?Si₃N₄ （s）+6CO （g），每转移1mol eˉ放出132.6kJ的热量，化学方程式中电子转移12mol，放热1591.2KJ，故答案为：N₂，-1591.2 kJ/mol；
（2）A．焦炭的质量不再变化，说明正逆反应速率相等，达平衡状态，故A正确；               
B．只要反应发生，N₂ 和CO速率之比就为1：3，所以不一定平衡，故B错误；
C．生成6molCO等效于生成1mol Si₃N₄同时消耗1mol Si₃N₄，正逆反应速率相等，达平衡状态，故C正确；   
D．混合气体的密度不再变化，说明气体的质量不变反应达平衡状态，故D正确；
故选：ACD；
（3）A．升高温度，平衡逆向移动，故不选；   
B．降低压强，平衡正向移动，故选；   
C．加入更多的SiO₂，平衡不移动，故不选；   
D．充入N₂，平衡正向移动，故选；
故选：BD；
（4）温度太低，反应速率太低；该反应是放热反应，温度太高，不利于反应向右进行，所以该反应的温度控制在1300-1700°C，故答案为：温度太低，反应速率太低；该反应是放热反应，温度太高，不利于反应向右进行；
（5）在2L的密闭容器中，测得该反应中N₂和CO各个时刻的物质的量，分析数据结合反应速率概念，v（N₂）=$\frac{4mol/L-3.26mol/L}{20min}$=0.037mol/L•min；
               3SiO₂ （s）+6C （s）+2N₂ （g）?Si₃N₄ （s）+6CO （g），
起始量（mol/L）                      4                      0
变化量（mol/L）                      1                      3
平衡量（mol/L）                      3                      3
平衡常数K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$=$\frac{{3}^{6}}{{3}^{2}}$=81.0；
故答案为：3.70×10² mol/（L•min）；81.0．

点评 本题考查了化学平衡影响因素分析判断，反应速率计算，平衡常数计算应用，题目难度较大，但综合性强．