Question

3．氮化硅（Si₃N₄）是一種新型陶瓷材料，它可由石英與焦炭在高溫的氮?dú)饬髦校�通過以下反應(yīng)制得：3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）（△H＜0）
（1）該反應(yīng)的氧化劑是N₂，其還原產(chǎn)物是Si₃N₄．
（2）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$；若已知CO生成速率為v（CO）=18mol•L^-1•min^-1，則N₂消耗速率為v（N₂）=6mol•L^-1•min^-1．
（3）達(dá)到平衡后，改變某一外界條件（不改變N₂、CO的量），反應(yīng)速率v與時(shí)間t的關(guān)系如圖．圖中t₄時(shí)引起平衡移動(dòng)的條件可能是升高溫度或增大壓強(qiáng)；圖中表示平衡混合物中CO的含量最高的一段時(shí)間是t_3～t₄．
（4）若該反應(yīng)的平衡常數(shù)為 K=729，則在同溫度下1L密閉容器中，足量的SiO₂和C與2mol N₂充分反應(yīng)，則N₂的轉(zhuǎn)化率是50% （提示：27²=729）．

Answer 1

分析 （1）3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）中，C元素的化合價(jià)升高，N元素的化合價(jià)降低；
（2）K=生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比；CO生成速率為v（CO）=18mol•L^-1•min^-1，結(jié)合反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（N₂）；
（3）t₄時(shí)正逆反應(yīng)速率均增大，且逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，則為升高溫度或增大壓強(qiáng)；從開始改變條件平衡均向正反應(yīng)進(jìn)行，t₄時(shí)平衡逆向移動(dòng)；
（4）在同溫度下1L密閉容器中，足量的SiO₂和C與2mol N₂充分反應(yīng)，設(shè)轉(zhuǎn)化的氮?dú)鉃閤mol，則
   3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）
開始                  2mol                 0
轉(zhuǎn)化                   x                    3x
平衡                   2-x                  3x
$\frac{（3x）^{6}}{（2-x）^{2}}$=729，以此來解答．

解答 解：（1）3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）中，N元素的化合價(jià)降低，則N₂為氧化劑，得到電子被還原，對(duì)應(yīng)還原產(chǎn)物為Si₃N₄，
故答案為：N₂；Si₃N₄；
（2）K=生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，則平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$；CO生成速率為v（CO）=18mol•L^-1•min^-1，由反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比可知v（N₂）=18mol•L^-1•min^-1×$\frac{2}{6}$=6 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$；6 mol•L^-1•min^-1；
（3）t₄時(shí)正逆反應(yīng)速率均增大，且逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，則改變條件為升高溫度或增大壓強(qiáng)；從開始改變條件平衡均向正反應(yīng)進(jìn)行，t₄時(shí)平衡逆向移動(dòng)，即表示平衡混合物中CO的含量最高的一段時(shí)間是t_3～t₄，
故答案為：升高溫度或增大壓強(qiáng)；t_3～t₄；
（4）在同溫度下1L密閉容器中，足量的SiO₂和C與2mol N₂充分反應(yīng)，設(shè)轉(zhuǎn)化的氮?dú)鉃閤mol，則
   3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）
開始                  2mol                 0
轉(zhuǎn)化                   x                    3x
平衡                   2-x                  3x
$\frac{（3x）^{6}}{（2-x）^{2}}$=729，解得x=1mol，
則N₂的轉(zhuǎn)化率是$\frac{1mol}{2mol}$×100%=50%，故答案為：50%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，把握平衡常數(shù)的含義、化學(xué)平衡移動(dòng)因素及三段法計(jì)算是解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與計(jì)算能力的考查，題目難度不大．