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:□SiO2+□N2(g)$\stackrel{高温}{?}$□Si3N4(1)配平反应中各物质的化学计量数.已知生成1mol氮化硅(Si3N4)放出1591.2kJ的热量.该反应每转移1mole-.放出132kJ的热量．(2)该反应的氧化剂是N2.其还原� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

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14．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：
□SiO₂（s）+□C（s）+□N₂（g）$\stackrel{高温}{?}$□Si₃N₄（s）+□CO（g）
（1）配平反应中各物质的化学计量数，已知生成1mol氮化硅（Si₃N₄）放出1591.2kJ的热量，该反应每转移1mole^-，放出132kJ的热量．
（2）该反应的氧化剂是N₂，其还原产物是Si₃N₄．
（3）上述反应进程中能量变化示意图如图甲，试在图象中用虚线表示在反应中使用催化剂后能量的变化情况．

（4）该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{c（{N}_{2}）}$．升高温度，其平衡常数减小（选填“增大”、“减小”或“不变”）．
（5）该化学反应速率与反应时间的关系如图乙所示，t₂时引起v（正）突变、v（逆）渐变的原因是增大了氮气的浓度，t₃引起变化的因素为加入（使用）了（正）催化剂，t₅时引起v（逆）大变化、v（正）小变化的原因是升高温度或缩小容器体积．
（6）利用图丙装置，可以模拟铁的电化学防护．若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于N处．
若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为牺牲阳极的阴极保护法．

分析（1）根据质量守恒和氧化还原反应得失电子守恒配平方程式为3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g），已知生成1mol氮化硅（Si₃N₄）放出1591.2kJ的热量，此时转移电子12mol电子，该反应每转移1mole^-，则生成$\frac{1}{12}$molSi₃N₄，以此计算反应热；
（2）根据化合价的变化判断氧化剂以及还原产物；
（3）加入催化剂，降低反应的活化能，但反应热不变；
（4）平衡常数K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{c（{N}_{2}）}$，因正反应放热，则升高温度平衡逆向移动；
（5）由图象可知，t₂时v（正）突变、v（逆）渐变，可能增大氮气的浓度，t₃正逆反应速率都增大，t₅时v（逆）、v（正）都减小，但正反应速率小于逆反应速率，平衡逆向移动；
（6）若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，应形成电解池，铁为阴极，若X为锌，开关K置于M处，为牺牲阳极的阴极保护法．

解答解：（1）反应中Si元素化合价不变，N元素化合价由0价降低到-3价，C元素化合价由0价升高到+2价，则C和氮气的计量数之比为3；1，配平后的方程式为3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g），已知生成1mol氮化硅（Si₃N₄）放出1591.2kJ的热量，此时转移电子12mol电子，该反应每转移1mole^-，则生成$\frac{1}{12}$molSi₃N₄，则放出的热量为$\frac{1}{12}$×=1591.2kJ=132.6kJ，
故答案为：3；6；2；1；6；132；
（2）N元素化合价由0价降低到-3价，C元素化合价由0价升高到+2价，则氮气为氧化剂，Si₃N₄为还原产物，故答案为：N₂；Si₃N₄；
（3）加入催化剂，降低反应的活化能，但反应热不变，应为，故答案为：；
（4）书写平衡常数表达式时，固体和纯液不代入表达式，所以平衡常数K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{c（{N}_{2}）}$，因正反应放热，则升高温度平衡逆向移动，则平衡常数减小，
故答案为：$\frac{{c}^{6}（CO）}{c（{N}_{2}）}$；减小；
（5）t₂时引起v_正突变、v_逆渐变的原因是，增大了氮气的浓度，平衡正向正向移动，v_正＞v_逆，t₃时速率变大，但平衡未移动，而两边的化学计量数不等，故不是增大压强，而引起变化的因素是加入（使用）了（正）催化剂；t₅时引起v_逆、v_正都变大，但v_逆＞v_正平衡正向移动，所以变化的原因是升高温度或缩小容器体积，
故答案为：增大了氮气的浓度；加入（使用）了（正）催化剂；升高温度或缩小容器体积．
（6）若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，应形成电解池，铁为阴极，开关K应置于N处，若X为锌，开关K置于M处，为牺牲阳极的阴极保护法，
故答案为：N；牺牲阳极的阴极保护法．

点评本题多角度考查化学反应原理知识，为高考常见题型，侧重于学生的分析、计算能力的考查，注意把握题给信息以及图象的分析，难度中等．

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