Question

（2009?营口模拟）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）Si₃N₄（s）+6CO（g）
（1）该反应的氧化剂是

氮气

，其还原产物是

氮化硅

；
（2）该反应的平衡常数表达式为 K=

c6(CO)

c2(N2)

；
（3）若知上述反应为放热反应，则其反应热△H

＜

0（填“＞”、“＜”或“=”）；升高温度，其平衡常数值

减小

（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）=

6mol?L^-1．min^?1

．
（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的关系如图．

图中t₄时引起平衡移动的条件可能是

升高温度或增大压强

；图中表示平衡混合物中CO的含量最高的一段时间是

t₃～t₄

．
（5）若该反应的平衡常数为K=729，则在同温度下1L密闭容器中，足量的SiO₂和C与2mol N₂充分反应，则N₂的转化率是多少？（写出计算过程）  提示：27²=729．

Answer 1

分析：（1）根据化合价的变化判断氧化剂和还原产物；
（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计算；
（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，在反应向逆反应之前衡混合物中CO的含量最高；
（5）根据平衡常数计算．

解答：解：（1）反应中N元素的化合价降低，有0价降为-3价，则氧化剂为氮气，氧化剂对应的生成物为还原产物，应为氮化硅，
故答案为：氮气；氮化硅；
（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：K=

c6(CO)

c2(N2)

；
（3）反应放热，△H＜0，升高温度平衡移动逆反应方向移动，平衡常数减小，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：＜；减小；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，可升高温度或增大压强，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：升高温度或增大压强，t₃～t₄；
（5）设反应的N₂的物质的量为x，
     3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）Si₃N₄（s）+6CO（g）
起始：2mol                          0
转化：x                            3x
平衡：2-x                          3x
则平衡时N₂的浓度为（2-x）mol/L，CO的浓度为3x mol/L，则有：

(3x)6

(2-x)2

=729，解之得x=1，
则N₂的转化率是

1

2

×100%=50%，
故答案为：50%．

点评：本题考查化学平衡的有关计算，本题难度较大，做题时注意平衡常数的计算和应用．