Question

氮化硅是一种新型陶瓷材料，它可由石英晶体与焦炭颗粒在高温的氮气流中，通过如下反应制得：3SiO₂+6C+2N₂ 

高温

Si₃N₄+6CO，该反应过程中的能量变化如图1所示；回答下列问题：

（1）上述反应中的还原剂是

 

，还原产物是

 

．
（2）该反应是

 

（填“吸热”或“放热”）反应．
（3）在一定温度下，上述反应在4L密闭容器内进行，用M、N两种物质描述其物质的量随时间变化的曲线如图2所示：
①M、N表示的物质分别为

 

、

 

．
②比较t₂时刻，正逆反应速率大小v_（正）

 

v_（逆）．（填“＞”、“=”、“＜”）．．
③若t₂=2min，计算反应开始至t₂时刻，M的平均化学反应速率为

 

．
④t₃时刻化学反应达到平衡时反应物的转化率为

 

．
（4）①某种氢燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质，某电极上发生的电极反应为：A极H₂-2e^-+O^2-═H₂O；则A极是电池的

 

极 （填“正”或“负”）．
②上述合成氮化硅的反应产生的尾气不能排放，经过处理以后可以用图3所示的仪器测量尾气中CO的含量．多孔电极中间的固体氧化锆-氧化钇为电解质，这种固体电解质允许O^2-在其间通过，其工作原理如图3所示，其中多孔Pt电极a、b分别是气体CO、O₂的载体．
Ⅰ．该电池的正极为

 

（填a或b）；O²流向

 

（填“正极”或“负极”）
Ⅱ．该电池的正极反应式为

 

，负极反应式为

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,氧化还原反应,原电池和电解池的工作原理,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）3SiO₂+6C+2N₂ 

高温

Si₃N₄+6CO中，C元素的化合价升高，N元素的化合价降低；
（2）由图可知，反应物总能量大于生成物总能量；
（3）①由图可知，M的量增加，N的量减少；
②t₂时刻反应向正反应方向进行，t₃时刻达到平衡；
③结合v=

△c

△t

计算；
④由图可知，氮气的起始浓度为8mol/L，平衡浓度为2mol/L，以此计算；
（4）①氢燃料电池A极H₂-2e^-+O^2-═H₂O，则A极失去电子；
②图3所示的仪器测量尾气中CO的含量．多孔电极中间的固体氧化锆-氧化钇为电解质，这种固体电解质允许O^2-在其间通过，其工作原理如图3所示，其中多孔Pt电极a、b分别是气体CO、O₂的载体．
Ⅰ．CO失去电子，氧气得到电子，阴离子流向负极；
Ⅱ．正极上氧气得到电子生成氧负离子，负极上CO失去电子．

解答： 解：（1）3SiO₂+6C+2N₂ 

高温

Si₃N₄+6CO中，C元素的化合价升高，N元素的化合价降低，则C为还原剂，Si₃N₄为还原产物，故答案为：C；Si₃N₄；
（2）由图可知，反应物总能量大于生成物总能量，则高反应为放热反应，故答案为：放热；
（3）①由图可知，M的量增加，N的量减少，结合反应可知，则M为CO，N为N₂，故答案为：CO；N₂；
②t₂时刻反应向正反应方向进行，t₃时刻达到平衡，则t₂时刻，正逆反应速率大小v_（正）＞v_（逆），故答案为：＞；
③由v=

△c

△t

可知，t₂=2min，反应开始至t₂时刻，M的平均化学反应速率为

4mol/L-2mol/L

2min

=1mol/（L?min），故答案为：1mol/（L?min）；
④由图可知，氮气的起始浓度为8mol/L，平衡浓度为2mol/L，则平衡时反应物的转化率为

8mol/L-2mol/L

8mol/L

×100%=75%，故答案为：75%；
（4）①氢燃料电池A极H₂-2e^-+O^2-═H₂O，则A极失去电子，则A为负极，故答案为：负；
②图3所示的仪器测量尾气中CO的含量．多孔电极中间的固体氧化锆-氧化钇为电解质，这种固体电解质允许O^2-在其间通过，其工作原理如图3所示，其中多孔Pt电极a、b分别是气体CO、O₂的载体．
Ⅰ．CO失去电子，氧气得到电子，则正极为b，O²流向流向负极，故答案为：b；负极；
Ⅱ．正极上氧气得到电子生成氧负离子，负极上CO失去电子，正极反应为O₂+4e^-═2O^2-，负极反应为CO-2e^-+O^2-═CO₂，故答案为：O₂+4e^-═2O^2-；CO-2e^-+O^2-═CO₂．

点评：本题考查较综合，涉及化学平衡及图象、氧化还原反应、原电池原理、化学平衡计算等，为高考中常见的综合题，侧重化学反应原理及学生综合应用能力的考查，题目难度中等．