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)。在一定条件下，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，写出它的核外电子排布式______。

（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______。分析用氮化硅制造轴承和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.增加焦炭用量        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.容器内气体的密度不变       d.气体的压强保持不变

（5）该反应的平衡常数为____，平衡后增加氮气浓度，平衡向______（填“正反应”或“逆反应”）方向移动，K值____（填“变大”“变小”或“不变”）。若测得平衡时气体质量增加了11.2g，则用氮气表示的平均反应速率为_____。

Answer

Si＞C＞N＞O 1s22s22p4 CO 氮化硅是原子晶体，熔点高 bd cd 正反应 不变 0.002mol•L-1•min-1

【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；

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：1s22s22p4；

（2）CO属于极性分子，氮气为非极性分子，氮气分子中N原子之间形成3对共用电子对；氮化硅是原子晶体、熔点高；

（3）提高二氧化硅转化率，应改变条件使平衡正向移动，结合平衡移动得影响因素分析解答；

（4）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等且保持不变，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明到达平衡；

（5）利用差量法计算生成参加反应氮气的质量，再根据进行计算；

(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；

(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．焦炭为固体，增加焦炭用量，平衡不移动，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，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，c错误；

d．向反应容器中多充入反应物氮气，平衡正向移动，二氧化硅转化率增大，d正确；

答案为：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，a错误；

b．，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，不能判断平衡状态，但分别表示正逆速率时，可判断反应到达平衡，b错误；

c．根据，在反应得过程中气体质量不断增加，体积不变，所以密度不断增大，但是当平衡时，气体质量不变，密度也不变，所以可判断平衡状态，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，气体的压强保持不变，说明反应到达平衡，d正确；

答案为：cd；

(5)平衡常数表达式：；增大反应物氮气浓度时，平衡向正向移动；但是由于温度没有变化，所以平衡常数大小不变；

利用差量法，设参加反应的N2质量为x：

解得，则，可算：。