Question

用氮化硅陶瓷代替金屬制造發(fā)動機的耐熱部件，能大幅度提高發(fā)動機的熱效率．工業(yè)上用化學氣相沉積法制備氮化硅，其反應(yīng)如下：
3SiCl₄（g）+2N₂（g）+6H₂（g）?Si₃N₄（s）+12HCl（g）
在溫度T₀下的2L密閉容器中，加入0.30mol SiC1₄、0.20mol N₂、0.36mol H₂進行上述反應(yīng)，2min后達到平衡，測得固體的質(zhì)量增加了2.80g．
（1）SiCl₄的平均反應(yīng)速率為

 

；
（2）平衡后，若改變溫度，SiCl₄（g）的轉(zhuǎn)化率與溫度變化的關(guān)系如圖所示，下列說法正確的是：

 

A．該反應(yīng)△H＜0
B．若混合氣體的總質(zhì)量不變，表明上述反應(yīng)己達到平衡狀態(tài)
C．其他條件不變，增大Si₃N₄的物質(zhì)的量，平衡向左移動
D．降低溫度，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量增大
（3）表為不同溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)，其他條件相同時，在

 

（填“T₁”、“T₂”、“T₃”）溫度下反應(yīng)達到平衡所需時間最長：

溫度T	T1	T2	T3
平衡常數(shù)K	1.2	2.5	10

（4）該反應(yīng)的原子利用率為

 

；
（5）工業(yè)上制備SiCl₄的反應(yīng)流程中需用到硅單質(zhì)，寫出工業(yè)制粗硅的化學反應(yīng)方程式：

 

．

Answer 1

考點：轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強的變化曲線,反應(yīng)速率的定量表示方法,化學平衡常數(shù)的含義

專題：化學平衡專題

分析：（1）固體的質(zhì)量增加了2.80g為Si₃N₄的質(zhì)量，根據(jù)n=

m

M

計算其物質(zhì)的量，根據(jù)方程式計算消耗SiCl₄的物質(zhì)的量，再根據(jù)v=

△n V

△t

計算v（SiCl₄）；
（2）由圖可知，隨溫度升高，SiCl₄（g）的轉(zhuǎn)化率降低，說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，結(jié)合外界條件對平衡移動影響及利用平衡的特征“等”、“定”及由此衍生的一些量來分析；
（3）溫度越低，反應(yīng)速率越慢，到達平衡時間越長；
（4）原子利用率=（目標產(chǎn)物總量/按化學方程式計算生成物總量）×100%；
（5）碳與二氧化硅在高溫下反應(yīng)生成硅與CO．

解答： （1）固體的質(zhì)量增加了2.80g為Si₃N₄的質(zhì)量，其物質(zhì)的量

2.8g

140g/mol

=0.02mol，根據(jù)方程式可知消耗SiCl₄的物質(zhì)的量=0.02mol×3=0.06mol，故v（SiCl₄）=

0.06mol 2L

2min

=0.015mol/（L．min），
故答案為：0.015mol/（L．min）；
（2）A．由圖可知，隨溫度升高，SiCl₄（g）的轉(zhuǎn)化率降低，說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，故A正確；
B．Si₃N₄是固體，隨反應(yīng)進行混合氣體的總質(zhì)量減小，若混合氣體的總質(zhì)量不變，表明上述反應(yīng)己達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．Si₃N₄是固體，增大其物質(zhì)的量，不影響平衡移動，故C錯誤；
D．降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，混合氣體總質(zhì)量減小，混合氣體總物質(zhì)的量增大，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量減小，故D錯誤，
故答案為：AB；
（3）正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)減小，故溫度T₁＞T₂＞T₃，溫度越低，反應(yīng)速率越慢，到達平衡時間越長，即溫度T₃達到平衡時間最長，
故答案為：T₃；
（4）原子利用率=（目標產(chǎn)物總量/按化學方程式計算生成物總量）×100%，故該反應(yīng)原子利用率=[（28×3+14×4）÷（28×3+14×4+36.6×12）]×100%=24.22%，
故答案為：24.22%；
（5）碳與二氧化硅在高溫下反應(yīng)生成硅與CO，反應(yīng)方程式為：SiO₂+2C

高溫  .

 Si+2CO↑，故答案為：SiO₂+2C

高溫  .

 Si+2CO↑．

點評：本題考查化學反應(yīng)速率計算、外界條件對平衡移動影響、平衡常數(shù)影響因素、原子利用率的計算等，題目難度中等，注重對常考知識點的考查，能較好的體現(xiàn)學生分析解答問題的能力