Question

13．氮化硅（Si₃N₄）是一種新型陶瓷材料，它可由SiO₂與過量焦炭在1300-1700℃的氮氣流中反應制得3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）
（1）上述反應氧化劑是N₂，已知該反應每轉移1mole^-，放出132.6kJ的熱量，該方程式的△H=-1591.2kJ/mol．
（2）能判斷該反應（在體積不變的密閉容器中進行）已經達到平衡狀態的是ACD
A．焦炭的質量不再變化               B．N₂ 和CO速率之比為1：3
C．生成6molCO同時消耗1mol Si₃N₄    D．混合氣體的密度不再變化
（3）下列措施中可以促進平衡右移的是BD
A．升高溫度   B．降低壓強    C．加入更多的SiO₂    D．充入N₂
（4）該反應的溫度控制在1300-1700°C的原因是溫度太低，反應速率太低；該反應是放熱反應，溫度太高，不利于反應向右進行．
（5）某溫度下，測得該反應中N₂和CO各個時刻的濃度如下，求0-20min內N₂的平均反應速率3.70×10²mol/（L•min），該溫度下，反應的平衡常數K=81.0．

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

Answer 1

分析 （1）氮的化合價降低，所以反應氧化劑是N₂，3SiO₂ （s）+6C （s）+2N₂ （g）?Si₃N₄ （s）+6CO （g），每轉移1mol eˉ放出132.6kJ的熱量，化學方程式中電子轉移12mol，放熱1591.2KJ；
（2）根據平衡狀態的特征分析解答；
（3）正反應方向是放熱反應和氣體體積增大的方向，結合平衡移動的影響因素分析解答；
（4）溫度太低，反應速率太低；該反應是放熱反應，溫度太高，不利于反應向右進行，所以該反應的溫度控制在1300-1700°C；
（5）依據化學反應速率概念計算，根據平衡常數列式計算．

解答 解：（1）氮的化合價降低，所以反應氧化劑是N₂，3SiO₂ （s）+6C （s）+2N₂ （g）?Si₃N₄ （s）+6CO （g），每轉移1mol eˉ放出132.6kJ的熱量，化學方程式中電子轉移12mol，放熱1591.2KJ，故答案為：N₂，-1591.2 kJ/mol；
（2）A．焦炭的質量不再變化，說明正逆反應速率相等，達平衡狀態，故A正確；               
B．只要反應發生，N₂ 和CO速率之比就為1：3，所以不一定平衡，故B錯誤；
C．生成6molCO等效于生成1mol Si₃N₄同時消耗1mol Si₃N₄，正逆反應速率相等，達平衡狀態，故C正確；   
D．混合氣體的密度不再變化，說明氣體的質量不變反應達平衡狀態，故D正確；
故選：ACD；
（3）A．升高溫度，平衡逆向移動，故不選；   
B．降低壓強，平衡正向移動，故選；   
C．加入更多的SiO₂，平衡不移動，故不選；   
D．充入N₂，平衡正向移動，故選；
故選：BD；
（4）溫度太低，反應速率太低；該反應是放熱反應，溫度太高，不利于反應向右進行，所以該反應的溫度控制在1300-1700°C，故答案為：溫度太低，反應速率太低；該反應是放熱反應，溫度太高，不利于反應向右進行；
（5）在2L的密閉容器中，測得該反應中N₂和CO各個時刻的物質的量，分析數據結合反應速率概念，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
變化量（mol/L）                      1                      3
平衡量（mol/L）                      3                      3
平衡常數K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$=$\frac{{3}^{6}}{{3}^{2}}$=81.0；
故答案為：3.70×10² mol/（L•min）；81.0．

點評 本題考查了化學平衡影響因素分析判斷，反應速率計算，平衡常數計算應用，題目難度較大，但綜合性強．