Question

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：3SiO₂(s)+6C(s)+ 2N₂(g)  Si₃N₄(s)  + 6CO(g)
（1）该反应的氧化剂是               ，2molN₂参加反应转移电子数为               ；
（2）该反应的平衡常数表达式为K＝　　　　　         　；
（3）若CO的生成速率为v(CO)＝18mol·L^-1·min^-1，则N₂的消耗速率为v(N₂)＝         
（4）达到平衡后，改变某一外界条件（不改变N₂、CO的量），反应速率v与时间t的关系如图。图中t₄时引起平衡移动的条件可能是                     ；图中表示平衡混合物中CO的含量最高的一段时间是           。

（5）若该反应的平衡常数为 K＝729，则在同温度下1L密闭容器中，足量的SiO₂和C与2mol N₂充分反应，则N₂的转化率是              (提示：27² = 729)

Answer 1

（1）氮气 (1分)   12N_A  (1分)（2）K=[c(CO)]⁶/[c(N₂)]²    (2分)（3）6 mol?L^-1?min^-1 (1分)     （4）升高温度或增大压强(2分)    t₃~t₄(2分)    （5）50%(2分)   

试题分析：（1）反应中N元素的化合价降低，有0价降为-3价，则氧化剂为氮气，氧化剂对应的生成物为还原产物，应为氮化硅，故答案为：氮气；氮化硅；（2）平衡常数等于气体生成物的浓度幂之积除以气体反应物的浓度幂之积，则K=[c(CO)]⁶/[c(N₂)]²（3）反应放热，△H＜0，升高温度平衡移动逆反应方向移动，平衡常数减小，速率之比等于化学计量数之比，则v（N₂）=1/3×v（CO）=1/3×18mol?L^-1?min^?1="6" mol?L^-1?min^?1（4） t₄时正逆反应速率都较原平衡时的速率大，可升高温度或增大压强，在t₄时反应向逆反应方向移动，则t₃～t₄时平衡混合物中CO的含量最高，故答案为：升高温度或增大压强，t₃～t₄；
（5）设反应的N₂的物质的量为x，
3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）Si₃N₄（s）+6CO（g）
起始：                 2mol                     0
转化：                  x                       3x
平衡：                  2-x                     3x
则平衡时N₂的浓度为（2-x）mol/L，CO的浓度为3x mol/L，则有：(3x)⁶/(2-x)²=729，解之得x=1，则N₂的转化率是50%。