Question

用氮化硅陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高发动机的热效率．工业上用化学气相沉积法制备氮化硅，其反应如下：
3SiCl₄（g）+2N₂（g）+6H₂（g）?Si₃N₄（s）+12HCl（g）
在温度T₀下的2L密闭容器中，加入0.30mol SiC1₄、0.20mol N₂、0.36mol H₂进行上述反应，2min后达到平衡，测得固体的质量增加了2.80g．
（1）SiCl₄的平均反应速率为

 

；
（2）平衡后，若改变温度，SiCl₄（g）的转化率与温度变化的关系如图所示，下列说法正确的是：

 

A．该反应△H＜0
B．若混合气体的总质量不变，表明上述反应己达到平衡状态
C．其他条件不变，增大Si₃N₄的物质的量，平衡向左移动
D．降低温度，混合气体的平均相对分子质量增大
（3）表为不同温度下该反应的平衡常数，其他条件相同时，在

 

（填“T₁”、“T₂”、“T₃”）温度下反应达到平衡所需时间最长：

温度T	T1	T2	T3
平衡常数K	1.2	2.5	10

（4）该反应的原子利用率为

 

；
（5）工业上制备SiCl₄的反应流程中需用到硅单质，写出工业制粗硅的化学反应方程式：

 

．

Answer 1

考点：转化率随温度、压强的变化曲线,反应速率的定量表示方法,化学平衡常数的含义

专题：化学平衡专题

分析：（1）固体的质量增加了2.80g为Si₃N₄的质量，根据n=

m

M

计算其物质的量，根据方程式计算消耗SiCl₄的物质的量，再根据v=

△n V

△t

计算v（SiCl₄）；
（2）由图可知，随温度升高，SiCl₄（g）的转化率降低，说明正反应为放热反应，结合外界条件对平衡移动影响及利用平衡的特征“等”、“定”及由此衍生的一些量来分析；
（3）温度越低，反应速率越慢，到达平衡时间越长；
（4）原子利用率=（目标产物总量/按化学方程式计算生成物总量）×100%；
（5）碳与二氧化硅在高温下反应生成硅与CO．

解答： （1）固体的质量增加了2.80g为Si₃N₄的质量，其物质的量

2.8g

140g/mol

=0.02mol，根据方程式可知消耗SiCl₄的物质的量=0.02mol×3=0.06mol，故v（SiCl₄）=

0.06mol 2L

2min

=0.015mol/（L．min），
故答案为：0.015mol/（L．min）；
（2）A．由图可知，随温度升高，SiCl₄（g）的转化率降低，说明正反应为放热反应，即△H＜0，故A正确；
B．Si₃N₄是固体，随反应进行混合气体的总质量减小，若混合气体的总质量不变，表明上述反应己达到平衡状态，故B正确；
C．Si₃N₄是固体，增大其物质的量，不影响平衡移动，故C错误；
D．降低温度，平衡向正反应方向移动，混合气体总质量减小，混合气体总物质的量增大，混合气体的平均相对分子质量减小，故D错误，
故答案为：AB；
（3）正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，故温度T₁＞T₂＞T₃，温度越低，反应速率越慢，到达平衡时间越长，即温度T₃达到平衡时间最长，
故答案为：T₃；
（4）原子利用率=（目标产物总量/按化学方程式计算生成物总量）×100%，故该反应原子利用率=[（28×3+14×4）÷（28×3+14×4+36.6×12）]×100%=24.22%，
故答案为：24.22%；
（5）碳与二氧化硅在高温下反应生成硅与CO，反应方程式为：SiO₂+2C

高温  .

 Si+2CO↑，故答案为：SiO₂+2C

高温  .

 Si+2CO↑．

点评：本题考查化学反应速率计算、外界条件对平衡移动影响、平衡常数影响因素、原子利用率的计算等，题目难度中等，注重对常考知识点的考查，能较好的体现学生分析解答问题的能力