Question

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） ΔH<0

某温度和压强条件下，分别将1.25mol SiCl₄(g)、1.0mol N₂(g)、10.5mol H₂(g)充入20L密闭容器内，进行上述反应，5min达到平衡状态，所得Si₃N₄（s）的质量是35.0g.已知：

化学键	Si-Cl	N≡N	H-H	Si-N	H-Cl
键能（KJ/mol)	a	b	c	d	e

（1）计算该反应的ΔH=_______________

（2）H₂的平均反应速率是   

（3）平衡时容器内N₂的浓度是   

（4）SiCl₄（g）的转化率是    %

（5）下图为合成Si₃N₄反应中SiCl₄平衡转化率与温度、压强的关系(n(SiCl₄)、n(N₂)、n(H₂)仍按1.25 mol SiCl₄（g）、1.0 mol N₂（g）、10.5mol H₂（g）投入)

上图中压强最大的是_____(P_1、P_2、P_3、P₄)，列式计算合成Si₃N₄反应在图中A点的分压平衡常数Kp= _______    (用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，图中P₂=13MPa)

Answer

（1）(12a+2b+6c-12d-12d-12e) kJ/mol；

（2）0.015 mol·L-1·min-1

（3）0.025 mol·L-1

（4）60

（5）P1 ；32MPa

【解析】

试题分析：（1）SiCl4属于分子晶体，Si3N4属于原子晶体，1molSi3N4晶体含有12molSi-N，反应的ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和=（3×4a+2b+6c）kJ/mol-（12d+12e）kJ/mol=(12a+2b+6c-12d-12d-12e) kJ/mol，故答案为：(12a+2b+6c-12d-12d-12e) kJ/mol；

（2）35.0gSi3N4的物质的量：n===0.25mol，

3SiCl4（g）+2N2（g）+6H2（g）Si3N4（s）+12HCl（g）△H＜0

1.25mol 1mol 10.5mol 0mol

0.75mol 0.5mol 1.50mol 0.25mol

①根据方程式可知参加反应的氢气的物质的量为0.04mol×6=0.24mol，氢气的物质的量浓度变化△c（H2）===0.075mol/L，H2的平均反应速率V===0.015mol/（L•min）；故答案为：0.015 mol·L-1·min-1

（3）根据方程式可知到平衡时，参加反应的氮气的物质的量为0.5mol，平衡时氮气的物质的量1mol-0.5mol=0.5mol，故氮气的平衡浓度：c===0.025mol/L；

故答案为：0.025 mol/L

（4）根据方程式可知参加反应的SiCl4（g）物质的量为0.75mol，故SiCl4的转化率为×100%=60%；故答案为：60；

（5）由图可知，在相同温度下SiCl4转化率为p1＜p2＜p3＜p4，由3SiCl4（g）+2N2（g）+6H2（g）Si3N4（s）+12HCl（g）△H＜0，可知正反应为气体体积增大的反应，所以增大压强，平衡逆向移动，SiCl4的转化率减小，因此压强关系是p1＞p2＞p3＞p4，压强最大的是p1；

3SiCl4（g）+2N2（g）+6H2（g）Si3N4（s）+12HCl（g）△H＜0

开始（mol）： 1.25 1 10.5 0 0

转化（mol）： 0.75 0.5 1.50 0.25 3

平衡（mol）： 0.5 0.5 9 3

SiCl4、N2、H2、HCl的物质的量分数分别为、、、，平衡分压分别为0.5MPa、0.5MPa、9MPa、3MPa；A点的分压平衡常数Kp===32MPa，故答案为：P1；32MPa。

考点：考查了化学平衡常数计算、化学平衡图象及影响因素的相关知识。