Question

氮化硅(Si₃N₄)是一种重要的陶瓷材料，可用石英与焦炭在1400～1450℃的氮气气氛下合成：3SiO₂(s)+6C(s)+2N₂(g)Si₃N₄(s)+6CO(g)﹣Q(Q＞0)，在反应条件下，向10L密闭容器中加入反应物，10min后达到平衡。完成下列填空：

(1)上述反应所涉及的元素，原子半径由大到小的顺序是______。其中一种元素的原子核外s电子数与p电子数相等，写出它的最外层电子排布的轨道表示式______。比较碳、硅两种元素的非金属性强弱，可以通过比较______(填：化合物性质的差异)来判断

(2)上述反应混合物中的极性分子是______，写出非极性分子的电子式______。从晶体类型的角度分析用氮化硅制造发动机中耐热部件的原因是______

(3)下列措施可以提高二氧化硅转化率的是______(选填编号)

a.增加二氧化硅用量b.升高反应温度

c.增大气体压强    d.向反应容器中多充入氮气

(4)下列描述中能说明反应已达平衡的是______(选填编号)

a.c(CO)=3c(N₂)       

b.v (CO)=3v(N₂)

c.保持不变

d.气体的压强保持不变

(5)测得平衡时固体质量减少了11.2g，则用氮气表示的平均反应速率为______

Answer

Si＞C＞N＞O CH4与SiH4的稳定性或H2CO3与H2SiO3的酸性 CO 氮化硅是原子晶体、熔点高 bd cd 0.002mol/(L.min)

【解析】

(1)同周期自左而右原子半径减小，同主族自上而下原子半径增大，故原子半径：Si＞C＞N＞O；
上述元素中的一种元素的原子核外s电子数与p电子数相等，核外电子数排布为1s22s22p4，根据泡利原理、洪特规则，最外层电子排布的轨道表示式为；
可以利用CH4与SiH4的稳定性或H2CO3与H2SiO3的酸性等，比较碳、硅两种元素的非金属性强弱；
(2)CO属于极性分子，氮气为非金属性分子，氮气分子中N原子之间形成3对共用电子对，电子式为，氮化硅是原子晶体、熔点高，可以制造发动机中耐热部件；

(3)a．二氧化硅为固体，增加二氧化硅用量，平衡不移动，二氧化硅转化率减小，故a错误；
b．正反应为吸热反应，升高反应温度平衡正向移动，二氧化硅转化率增大，故b正确；
c．正反应为气体体积增大的反应，增大气体压强，平衡逆向移动，二氧化硅转化率减小，故c错误；
d．向反应容器中多充入氮气，平衡正向移动，二氧化硅转化率增大，故d正确，
故选：bd；
(4)a．平衡时CO、氮气的浓度之比不一定等于化学计量数之比，故a错误；
b．v (CO)=3v(N2)，未指明正逆速率，若均为正反应速率，反应始终按该比例关系进行，但分别表示正逆速率时，反应到达平衡，故b错误；
c．为浓度商，平衡正向移动该比值增大，平衡逆向移动该比值减小，温度不变平衡常数不变，所以该值不变说明到达平衡，故c正确；
d．随反应进行气体物质的量增大，恒温恒容下压强增大，所以气体的压强保持不变时说明反应到达平衡，故d正确，
故选：cd；
(5)3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)⇌Si3N4(s)+6CO(g) 根据方程式可知当反应2mol氮气时，固体质量减少(气体增加质量)为6×28-56=112g，所以固体质量减少了11.2g时，故参加反应氮气物质的量为0.2mol，则v(N2)==0.002mol/(L·min)。