Question

16．氮化硅（Si₃N₄）是一種新型陶瓷材料，它可由石英與焦炭在高溫的氮氣流中，通過以下反應(yīng)制得：3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）
（1）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$；
（2）升高溫度，平衡常數(shù)K減小，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，（填“放熱”、或“吸熱”）；
（3）若已知CO生成速率為v（CO）=18mol•L^-1•min^-1，則N₂消耗速率為v（N₂）=6mol•L^-1•min^-1
（4）在一定溫度下，不能作為該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是C；
A．單位時間內(nèi)1.2molSi-O斷裂的同時有0.2molN三N形成       B．Si₃N₄的質(zhì)量不變
C．v（CO）：v（N₂）=3：1                              D．N₂的轉(zhuǎn)化率不變
（5）若該反應(yīng)的平衡常數(shù)為 K=729，則在同溫度下1L密閉容器中，足量的SiO₂和C與2mol N₂充分反應(yīng)，則N₂的轉(zhuǎn)化率是50%（提示：27²=729）
（6）達(dá)到平衡后，改變某一外界條件（不改變N₂、CO的量），反應(yīng)速率v與時間t的關(guān)系如右圖．圖中t₄時引起平衡移動的條件可能是升高溫度或增大壓強；圖中表示平衡混合物中CO的含量最高的一段時間是t_3～t₄．

Answer 1

分析 （1）K=生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比；
（2）升高溫度，平衡常數(shù)K減小，則升高溫度平衡逆向移動；
（3）CO生成速率為v（CO）=18mol•L^-1•min^-1，結(jié)合反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（N₂）；
（4）結(jié)合平衡的特征“等、定”及衍生的物理量判斷平衡狀態(tài)；
（5）在同溫度下1L密閉容器中，足量的SiO₂和C與2mol N₂充分反應(yīng)，設(shè)轉(zhuǎn)化的氮氣為xmol，則
   3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）
開始                  2mol                 0
轉(zhuǎn)化                   x                    3x
平衡                   2-x                  3x
$\frac{（3x）^{6}}{（2-x）^{2}}$=729，以此計算轉(zhuǎn)化率；
（6）t₄時正逆反應(yīng)速率均增大，且逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，則為升高溫度或增大壓強；從開始改變條件平衡均向正反應(yīng)進(jìn)行，t₄時平衡逆向移動．

解答 解：（1）K=生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，則平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$，故答案為：$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$；
（2）升高溫度，平衡常數(shù)K減小，則升高溫度平衡逆向移動，可知該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；
（3）CO生成速率為v（CO）=18mol•L^-1•min^-1，由反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比可知v（N₂）=18mol•L^-1•min^-1×$\frac{2}{6}$=6 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：6 mol•L^-1•min^-1；
（4）A．單位時間內(nèi)1.2molSi-O斷裂的同時有0.2molN三N形成，可知正逆反應(yīng)速率相等，能判斷平衡，故A不選；       
B．Si₃N₄的質(zhì)量不變，可知反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B不選；
C．v（CO）：v（N₂）=3：1，始終存在此關(guān)系，不能判斷平衡，故C選；                             
D．N₂的轉(zhuǎn)化率不變，可知反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D不選；
故答案為：C；
（5）在同溫度下1L密閉容器中，足量的SiO₂和C與2mol N₂充分反應(yīng)，設(shè)轉(zhuǎn)化的氮氣為xmol，則
   3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）
開始                  2mol                 0
轉(zhuǎn)化                   x                    3x
平衡                   2-x                  3x
$\frac{（3x）^{6}}{（2-x）^{2}}$=729，解得x=1mol，
則N₂的轉(zhuǎn)化率是$\frac{1mol}{2mol}$×100%=50%，
故答案為：50%；
（6）該反應(yīng)為氣體體積增大且放熱的反應(yīng)，t₄時正逆反應(yīng)速率均增大，且逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，則改變條件為升高溫度或增大壓強；從開始改變條件平衡均向正反應(yīng)進(jìn)行，t₄時平衡逆向移動，即表示平衡混合物中CO的含量最高的一段時間是t_3～t₄，
故答案為：升高溫度或增大壓強；t_3～t₄．

點評 本題考查化學(xué)平衡的計算，為高頻考點，把握平衡常數(shù)的含義、化學(xué)平衡移動因素、平衡判定及三段法計算是解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與計算能力的考查，題目難度不大．