Question

8．氮化硅（Si₃N₄）是一种新型陶瓷材料，它可由石英与焦炭在高温的氮气流中，通过以下反应制得：3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）．
（1）该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{[CO]{\;}^{6}}{[{N}_{2}]{\;}^{2}}$；
（2）若已知CO生成速率为ν（CO）=18mol•L^-1•min^-1，则N₂消耗速率为ν（N₂）=6mol•L^-1•min^-1
（3）在一定温度下，不能作为该可逆反应达到平衡状态的标志是AC；
A．单位时间内1.2molSi-O断裂的同时有0.2molN≡N断裂     
B．Si₃N₄的质量不变
C．ν（CO）：ν（N₂）=3：1                                
D．N₂的转化率不变
（4）若该反应的平衡常数为 K=729，则在同温度下1L密闭容器中，足量的SiO₂和C与2mol N₂充分反应，则N₂的转化率是50%（提示：27²=729）．

Answer 1

分析 （1）化学平衡常数，是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，注意固体、纯液体浓度为常数，不用写固体、纯液体的浓度；
（2）根据速率之比等于化学计量数之比计算；
（3）当化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不再发生变化，由此衍生的一些物理性不变，以此解答该题；
（4）列出三段式，根据平衡常数计算；

解答 解：（1）可逆反应3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）的平衡常数k=$\frac{[CO]{\;}^{6}}{[{N}_{2}]{\;}^{2}}$；
故答案为：$\frac{[CO]{\;}^{6}}{[{N}_{2}]{\;}^{2}}$；

（2）已知CO生成速率为v（CO）=18mol/（L•min），根据速率之比等于化学计量数之比，则N₂消耗速率为：v（N₂）=$\frac{1}{3}$v（CO）=$\frac{1}{3}$×18mol/（L•min）=6mol/（L•min）；
故答案为：6；
（3）A．单位时间内1.2molSi-O断裂的同时有0.2molN≡N断裂，都表示的正方向速率，不能作为判断达到平衡的标志，故A选；
B．反应正向进行Si₃N₄的质量增加，逆向进行质量减小，达到平衡时质量不变，所以可以作为判断依据，故B不选；
C．ν（CO）：ν（N₂）=3：1，为同一方向速率关系，不能表明V正=V逆，不能作为判断达到平衡的标志，故C选；                          
D．反应正向进行，N₂的转化率增大，逆向进行氮气转化率降低，所以可以作为判断依据，故D不选；
故选：AC；
（4）设反应的N₂的物质的量为x，
     3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）$\stackrel{高温}{?}$Si₃N₄（s）+6CO（g）
起始：2mol                          0
转化：x                            3x
平衡：2-x                          3x
则平衡时N₂的浓度为（2-x）mol/L，CO的浓度为3x mol/L，则有：$\frac{（3x）{\;}^{6}}{（2-x）{\;}^{2}}$=729，解之得x=1，
则N₂的转化率是$\frac{1}{2}$=50%，
故答案为：50%．

点评 本题考查了化学平衡知识，侧重考查化学平衡常数表达式的书写及有关计算，化学平衡判断，明确化学平衡特征及三段式的应用是解题关键，题目难度中等．