Question

6．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）$\stackrel{高溫}{?}$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）；該反應的平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{12}（HCl）}{{c}^{3}（SiC{l}_{4}）•{c}^{2}（{N}_{2}）•{c}^{6}（{H}_{2}）}$．
（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）一定條件下，在密閉恒容的容器中，能表示上述反應達到化學平衡狀態的是ac．
a．3v_逆（N₂）=v_正（H₂）    b．v_正（HCl）=4v_正（SiCl₄）
c．混合氣體密度保持不變  d．c（N₂）：c（H₂）：c（HCl）=1：3：6
（4）若平衡時H₂和HCl的物質的量之比為m/n，保持其它條件不變，降低溫度后達到新的平衡時，H₂和HCl的物質的量之比＜ m/n（填“＞”、“=”或“＜”）．

Answer 1

分析 （1）固體的質量增加了2.80g為Si₃N₄的質量，根據n=$\frac{m}{M}$計算其物質的量，根據方程式計算消耗氫氣的物質的量，再根據v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計算v（H₂）；
平衡常數為生成物濃度化學計量數次數冪之積與生成物濃度化學計量數次數冪之積的比值；
（2）a．平衡常數只受溫度影響；
b．正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，平衡常數減小；
c．Si₃N₄是固體，增大其物質的量，不影響平衡移動；
d．增大HCl物質的量，平衡向消耗HCl的方向移動；
（3）a．根據速率之比對化學計量數之比，可以確定v_正（H₂）=v_逆（H₂）；
b．都表示正反應速率，反應自始至終都成立；
c．混合氣體密度保持不變說明混合氣體的總質量不變，而平衡移動則氣體的質量發生變化；
d．平衡時濃度關系與起始濃度有關、與轉化率有關；
（4）該反應正反應是放熱反應，降低溫度，平衡向正反應移動，到達新平衡，H₂的物質的量減小，HCl的物質的量物質的量增大．

解答 解：（1）固體的質量增加了2.80g為Si₃N₄的質量，其物質的量$\frac{2.8g}{140g/mol}$=0.02mol，根據方程式可知消耗氫氣的物質的量=0.02mol×6=0.12mol，故v（H₂）=$\frac{\frac{0.12mol}{2L}}{3min}$=0.02mol/（L．min）；
平衡常數為生成物濃度化學計量數次數冪之積與生成物濃度化學計量數次數冪之積的比值，故該反應平衡常數K=$\frac{{c}^{12}（HCl）}{{c}^{3}（SiC{l}_{4}）•{c}^{2}（{N}_{2}）•{c}^{6}（{H}_{2}）}$，
故答案為：0.02；$\frac{{c}^{12}（HCl）}{{c}^{3}（SiC{l}_{4}）•{c}^{2}（{N}_{2}）•{c}^{6}（{H}_{2}）}$；
（2）a．平衡常數只受溫度影響，壓強增大，平衡常數K不變，故a錯誤；
b．正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，平衡常數減小，故b正確；
c．Si₃N₄是固體，增大其物質的量，不影響平衡移動，故c錯誤；
d．增大HCl物質的量，平衡向消耗HCl的方向移動，即向逆反應方向移動，故d正確，
故答案為：bd；
（3）a．根據速率之比對化學計量數之比，可以確定v_正（H₂）=v_逆（H₂），說明反應到達平衡狀態，故a正確；
b．都表示正反應速率，反應自始至終都成立，不能說明到達平衡狀態，故b錯誤；
c．混合氣體密度保持不變說明混合氣體的總質量不變，而平衡移動則氣體的質量發生變化，可以說明到達平衡狀態，故c正確；
d．平衡時濃度關系與起始濃度有關、與轉化率有關，不能說明到達平衡狀態，故D錯誤，
故答案為：ac；
（4）該反應正反應是放熱反應，降低溫度，平衡向正反應移動，到達新平衡，H₂的物質的量減小，HCl的物質的量物質的量增大，新平衡H₂和HCl的物質的量之比＜$\frac{m}{n}$，
故答案為：＜．

點評 本題考查化學反應速率計算、平衡狀態判斷、化學平衡移動等，意在考查學生的思維能力和分析推理能力，難度中等．