Question

（18分）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               ，其还原产物是                ；

（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，则其反应热△H       0（填“>”、“<”或“=”）；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），反应速率与时间t的关系如右图。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2mol N₂充分反应，则N₂的转化率是                 （提示：27² = 729）

Answer

（每空2分，共18分）（1）氮气   氮化硅（化学式同样给分） 

（2）K=[c(CO)]6/[c(N2)]2                 （3）<    减小     6 mol L-1min-1    

（4）升高温度或增大压强   t3～t4       （5）50%

【解析】

试题分析：（1）根据反应的方程式可知，碳元素的化合价才0价升高到＋2价，氮元素的化合价才0价降低到－3价，所以氮气是氧化剂，氮化硅是还原产物；碳是还原剂，CO是氧化产物。

（2）化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值。所以根据反应的化学方程式可知，该反应的平衡常数表达式是K＝[c(CO)]6/[c(N2)]2。

（3）放热反应中，△H小于0。升高温度平衡向逆反应方向移动，所以平衡常数减小。因为反应速率之比是相应的化学计量数之比，所以根据CO的反应速率18mol·L-1·min-1可知，N2消耗速率为v(N2)＝18mol·L-1·min-1÷3＝6 mol L-1min-1。

（4）t4时正逆反应速率都增大，但平衡向逆反应方向移动。由于正反应是放热的、体积增大的可逆反应，所以改变的条件可能是升高温度或增大压强；根据图像可知，从反应开始至t3时，反应一直是向正反应方向进行的，而从t4开始反应向逆反应方向进行，所以表示平衡混合物中CO的含量最高的一段时间是t3～t4。

（5）设氮气的转化率是x，则生成CO是6x，剩余氮气是（2－2x）。剩余根据平衡常数的表达式可知，解得x＝0.5，即转化率是50％。

考点：考查氧化还原反应中的有关判断、平衡常数的的有关应用和计算、外界条件对平衡状态的影响等