Question

6．用氮化硅（Si₃N₄）陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高发动机的热效率．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）$\stackrel{高温}{?}$Si₃N₄（s）+12HCl（g）△H＜0完成下列填空：
（1）在一定温度下进行上述反应，若反应容器的容积为2L，3min后达到平衡，测得固体的质量增加了2.80g，则H₂的平均反应速率0.02 mol/（L•min）；该反应的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{12}（HCl）}{{c}^{3}（SiC{l}_{4}）•{c}^{2}（{N}_{2}）•{c}^{6}（{H}_{2}）}$．
（2）上述反应达到平衡后，下列说法正确的是bd．
a．其他条件不变，压强增大，平衡常数K减小
b．其他条件不变，温度升高，平衡常数K减小
c．其他条件不变，增大Si₃N₄物质的量平衡向左移动
d．其他条件不变，增大HCl物质的量平衡向左移动
（3）一定条件下，在密闭恒容的容器中，能表示上述反应达到化学平衡状态的是ac．
a．3v_逆（N₂）=v_正（H₂）    b．v_正（HCl）=4v_正（SiCl₄）
c．混合气体密度保持不变  d．c（N₂）：c（H₂）：c（HCl）=1：3：6
（4）若平衡时H₂和HCl的物质的量之比为m/n，保持其它条件不变，降低温度后达到新的平衡时，H₂和HCl的物质的量之比＜ m/n（填“＞”、“=”或“＜”）．

Answer 1

分析 （1）固体的质量增加了2.80g为Si₃N₄的质量，根据n=$\frac{m}{M}$计算其物质的量，根据方程式计算消耗氢气的物质的量，再根据v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$计算v（H₂）；
平衡常数为生成物浓度化学计量数次数幂之积与生成物浓度化学计量数次数幂之积的比值；
（2）a．平衡常数只受温度影响；
b．正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小；
c．Si₃N₄是固体，增大其物质的量，不影响平衡移动；
d．增大HCl物质的量，平衡向消耗HCl的方向移动；
（3）a．根据速率之比对化学计量数之比，可以确定v_正（H₂）=v_逆（H₂）；
b．都表示正反应速率，反应自始至终都成立；
c．混合气体密度保持不变说明混合气体的总质量不变，而平衡移动则气体的质量发生变化；
d．平衡时浓度关系与起始浓度有关、与转化率有关；
（4）该反应正反应是放热反应，降低温度，平衡向正反应移动，到达新平衡，H₂的物质的量减小，HCl的物质的量物质的量增大．

解答 解：（1）固体的质量增加了2.80g为Si₃N₄的质量，其物质的量$\frac{2.8g}{140g/mol}$=0.02mol，根据方程式可知消耗氢气的物质的量=0.02mol×6=0.12mol，故v（H₂）=$\frac{\frac{0.12mol}{2L}}{3min}$=0.02mol/（L．min）；
平衡常数为生成物浓度化学计量数次数幂之积与生成物浓度化学计量数次数幂之积的比值，故该反应平衡常数K=$\frac{{c}^{12}（HCl）}{{c}^{3}（SiC{l}_{4}）•{c}^{2}（{N}_{2}）•{c}^{6}（{H}_{2}）}$，
故答案为：0.02；$\frac{{c}^{12}（HCl）}{{c}^{3}（SiC{l}_{4}）•{c}^{2}（{N}_{2}）•{c}^{6}（{H}_{2}）}$；
（2）a．平衡常数只受温度影响，压强增大，平衡常数K不变，故a错误；
b．正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，故b正确；
c．Si₃N₄是固体，增大其物质的量，不影响平衡移动，故c错误；
d．增大HCl物质的量，平衡向消耗HCl的方向移动，即向逆反应方向移动，故d正确，
故答案为：bd；
（3）a．根据速率之比对化学计量数之比，可以确定v_正（H₂）=v_逆（H₂），说明反应到达平衡状态，故a正确；
b．都表示正反应速率，反应自始至终都成立，不能说明到达平衡状态，故b错误；
c．混合气体密度保持不变说明混合气体的总质量不变，而平衡移动则气体的质量发生变化，可以说明到达平衡状态，故c正确；
d．平衡时浓度关系与起始浓度有关、与转化率有关，不能说明到达平衡状态，故D错误，
故答案为：ac；
（4）该反应正反应是放热反应，降低温度，平衡向正反应移动，到达新平衡，H₂的物质的量减小，HCl的物质的量物质的量增大，新平衡H₂和HCl的物质的量之比＜$\frac{m}{n}$，
故答案为：＜．

点评 本题考查化学反应速率计算、平衡状态判断、化学平衡移动等，意在考查学生的思维能力和分析推理能力，难度中等．