Question

16．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N₂，其氧化产物是CO；
（2）该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$
（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•min）
（4）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50% （提示：27²=729）

Answer 1

分析 （1）所含元素化合价降低的反应物为氧化剂，元素化合价升高发生氧化反应得到氧化产物；
（2）学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
（3）放热反应的焓变△H＜0，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小；根据速率之比等于化学计量数之比计算v（N₂）；
（4）设氮气的转化率为a，表示出平衡时氮气、CO的物质的量，再根据K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$=729计算．

解答 解：（1）反应中N元素化合价降低，故N₂是氧化剂，C元素元素化合价升高，发生氧化反应得到氧化产物为CO，
故答案为：N₂；CO；
（2）可逆反应3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$；
（3）对于放热反应，反应热△H＜0；该反应为放热反应，升高温度平衡逆反应进行，化学平衡常数减小；
已知CO生成速率为v（CO）=18mol/（L•min），根据速率之比等于化学计量数之比，则N₂消耗速率为v（N₂）=$\frac{1}{3}$v（CO）=$\frac{1}{3}$×18mol/（L•min）=6mol/（L•min），
故答案为：＜；减小；6mol/（L•min）；
（4）设氮气的转化率为a，则反应的氮气为2a mol，则：
          3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）
起始量（mol）：2                 0
变化量（mol）：2a                6a
平衡量（mol）：2-2a              6a
容器体积为1L，则K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$=$\frac{（6a）^{6}}{（2-2a）^{2}}$=729，解得a=50%，
故答案为：50%．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡常数及其应用、化学反应速率计算、氧化还原反应等，注意理解掌握平衡常数及应用，（4）计算为易错点，难度中等．