Question

17．用氮化硅（Si₃N₄）陶瓷代替金屬制造發動機的耐熱部件，能大幅度提高發動機的熱效率．工業上用化學氣相沉積法制備氮化硅，其反應如下：
3SiCl₄（g）+2N₂（g）+6H₂（g）?Si₃N₄（s）+12HCl（g）△H＜0  完成下列填空：
（1）在一定溫度下進行上述反應，若反應容器的容積為2L，3min后達到平衡，測得固體的質量增加了2.80g，則H₂的平均反應速率0.02 mol•（L•min）^-1；該反應的平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{12}（HCl）}{{c}^{6}（{H}_{2}）{c}^{2}（{N}_{2}）{c}^{3}（SiC{l}_{4}）}$．
（2）上述反應達到平衡后，下列說法正確的是bd．
a．其他條件不變，壓強增大，平衡常數K減小
b．其他條件不變，溫度升高，平衡常數K減小
c．其他條件不變，增大Si₃N₄物質的量，平衡向左移動
d．其他條件不變，增大HCl物質的量，平衡向左移動
（3）將0.050mol SO₂（g）和0.030mol O₂（g）放入容積為1L的密閉容器中，反應2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）在一定條件下達到平衡，測得c（SO₃）=0.040mol/L．計算該條件下反應的平衡常數K和SO₂的平衡轉化率（寫出計算過程）．

Answer 1

分析 （1）3min后達到平衡，測得固體的質量增加了2.80g，則生成n（Si₃N₄）=$\frac{2.80g}{140g/mol}$=0.2mol，則消耗氫氣為0.2mol×6=1.2mol，K為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比，純固體不能代入K的表達式中；
（2）K只與溫度有關，升高溫度平衡向吸熱方向移動；純固體不影響平衡移動，增大生成物的濃度時平衡逆向移動；
（3）達到平衡，測得c（SO₃）=0.040mol/L，則
      2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
開始 0.05        0.03            0
轉化 0.04        0.02           0.04
平衡 0.01       0.01            0.04
結合平衡濃度計算K，轉化率=$\frac{轉化的量}{開始的量}$×100%計算．

解答 解：（1）3min后達到平衡，測得固體的質量增加了2.80g，則生成n（Si₃N₄）=$\frac{2.80g}{140g/mol}$=0.2mol，則消耗氫氣為0.2mol×6=1.2mol，則H₂的平均反應速率為$\frac{\frac{1.2mol}{2L}}{3min}$=0.02 mol•（L•min）^-1；該反應的平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{12}（HCl）}{{c}^{6}（{H}_{2}）{c}^{2}（{N}_{2}）{c}^{3}（SiC{l}_{4}）}$，
故答案為：0.02；$\frac{{c}^{12}（HCl）}{{c}^{6}（{H}_{2}）{c}^{2}（{N}_{2}）{c}^{3}（SiC{l}_{4}）}$；
（2）a．其他條件不變，壓強增大，平衡常數K不變，K只與溫度有關，故錯誤；
b．該反應為放熱單元，其他條件不變，溫度升高，平衡逆向移動，平衡常數K減小，故正確；
c．其他條件不變，增大Si₃N₄物質的量，純固體不影響平衡移動，則平衡不移動，故錯誤；
d．其他條件不變，增大HCl物質的量，生成物濃度增大，平衡向左移動，故正確；
故答案為：bd；
（3）達到平衡，測得c（SO₃）=0.040mol/L，則
      2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
開始 0.05        0.03            0
轉化 0.04        0.02           0.04
平衡 0.01       0.01            0.04
則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：該條件下反應的平衡常數K為1.6×10³ mol•L^-1，SO₂的平衡轉化率為80%．

點評 本題考查化學平衡的計算，為高頻考點，把握化學平衡三段法、K及轉化率的計算、平衡移動為解答的關鍵，側重分析與計算能力的考查，注意K只與溫度有關，題目難度不大．