Question

【题目】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）该反应的氧化剂是___；

（2）该反应的平衡常数表达式为K=___；

（3）若知上述反应为放热反应，升高温度，其平衡常数值___（填“增大”、“减小”或“不变”）；若已知CO生成速率为v(CO)＝18mol·L-1·min-1，则N2消耗速率为v(N2)＝___。

（4）达到平衡后，改变某一外界条件（不改变N2、CO的量），反应速率v与时间t的关系如图。图中t4时引起平衡移动的条件可能是___；

图中表示平衡混合物中CO的含量最高的一段时间是___。

（5）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2molN2充分反应，则N2的转化率是___（提示：272=729）

Answer 1

【答案】氮气 K= 减小 6molL-1min-1 升高温度或增大压强 t3~t4 50%

【解析】

对于反应3SiO2（s）+6C(s)+2N2(g)Si3N4(s)+ 6CO(g)

（1）C由0价升高到+2价，N由0价降低到-3价，由此可确定该反应的氧化剂。

（2）该反应的平衡常数表达式为生成物中气体的浓度幂除以反应物中气体的浓度幂。

（3）若知上述反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，由此确定其平衡常数值的变化；若已知CO生成速率为v(CO)＝18mol·L-1·min-1，则由化学计量数关系，确定N2消耗速率。

（4）图中t4时，V正、V逆都突然增大，说明是增大压强或升高温度所致，再分析反应，便可确定引起平衡移动的条件。

图中表示平衡混合物中CO的含量最高的一段时间，应为最后出现平衡正向移动的平衡点。

（5）利用三段式，确定气体的平衡量，得出平衡常数的计算式，从而求出N2的变化量，最后求出N2的转化率。

对于反应3SiO2（s）+6C(s)+2N2(g)Si3N4(s)+ 6CO(g)

（1）C由0价升高到+2价，N由0价降低到-3价，由此可确定该反应的氧化剂为氮气。答案为：氮气；

（2）该反应的平衡常数表达式为K=。答案为：K=；

（3）若知上述反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，由此确定其平衡常数值减小；若已知CO生成速率为v(CO)＝18mol·L-1·min-1，则由化学计量数关系，确定N2消耗速率v(N2)＝v(CO)＝6mol·L-1·min-1。答案为：减小；6molL-1min-1；

（4）图中t4时，V正、V逆都突然增大，说明是增大压强或升高温度所致，该反应为放热的体积增大的可逆反应，不管是升高温度还是增大压强，平衡都是逆向移动，V逆>V正，所以，图中t4时引起平衡移动的条件可能是升高温度或增大压强。答案为：升高温度或增大压强；

图中，t2~t3段，平衡正向移动，平衡混合物中CO的含量增大；t4~t5，平衡逆向移动，平衡混合物中CO的含量减小，所以，图中表示平衡混合物中CO的含量最高的一段时间是t3~t4。答案为：t3~t4；

（5）设N2的物质的量的变化量为x

K===729=272，则，从而求出x=1。

则N2的转化率是=50%。答案为：50%。