Question

用氮化硅陶瓷代替金屬制造發(fā)動機的耐熱部件，能大幅度提高發(fā)動機的熱效率．工業(yè)上用化學氣相沉積法制備氮化硅，其反應如下：3SiCl₄（g）+2N₂（g）+6H₂（g）

△

Si₃N₄（s）+12HCl（g）在溫度T₀下的2L密閉容器中，加入0.30mol SiC1₄，0.20mol N₂.0.36mol H₂進行上述反應，2min后達到平衡，測得固體的質(zhì)量增加了2.80g
（1）SiCl₄的平均反應速率為

 

（2）平衡后，若改變溫度，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量與溫度的關系如圖所示，下列說法正確的是
A．該反應在任何溫度下可自發(fā)進行
B．若混合氣體的總質(zhì)量不變，表明上述反應己達到平衡狀態(tài)
C、其他條件不變，增大Si₃N₄的物質(zhì)的量，平衡向左移動
D．按3：2：6的物質(zhì)的量比增加反應物，SiC1₄（g）的轉(zhuǎn)化率降低
（3）下表為不同溫度下該反應的平衡常數(shù)，其他條件相同時，在

 

（填“T₁”、“T₂”．，
“T₃”）溫度下反應達到平衡所需時間最長：

溫度T	T1	T2	T3
平衡常數(shù)K	1.2	2.5	10

假設溫度為T₁時向該反應容器中同時加入．（SiC1₄）=0.3mol/L，c（H₂）=0.3mol/L，c（N₂）=
x mol/L，c （HCl）=0.3mol/L和足量Si₃N₄ （s），若要使平衡建立的過程中HCl濃度減小，x的取值
范圍為

 

（4）該反應的原子利用率為

 

（5）工業(yè)上制備SiCl₄的反應過程如下：
①SiO₂（s）+2C（s）═Si（s）+2CO（g），△H═akJ/mol
②Si（s）+2Cl₂（g）═SiCl₄（l），△H=bkJ/mol
③SiCl₄（g）═SiCl₄（l），△H═ckJ/mol
寫出二氧化硅、焦炭與Cl ₂在高溫下反應生成氣態(tài)SiC1₄和一氧化碳的熱化學方程式

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,熱化學方程式,反應速率的定量表示方法,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學平衡專題

分析：（1）固體的質(zhì)量增加了2.80g為Si₃N₄的質(zhì)量，根據(jù)n=

m

M

計算其物質(zhì)的量，根據(jù)方程式計算消耗SiCl₄的物質(zhì)的量，再根據(jù)v=

△n V

△t

計算v（SiCl₄）；
（2）平衡向正反應方向移動時，混合氣體總質(zhì)量減小，混合氣體總物質(zhì)的量增大，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量減小，由圖可知，隨溫度升高，氣體的平均相對分子質(zhì)量增大，說明升溫時平衡逆向移動，正反應為放熱反應，結合外界條件對平衡移動影響及利用平衡的特征“等”、“定”及由此衍生的一些量來分析；
（3）溫度越低，反應速率越慢，到達平衡時間越長；據(jù)Q與K的數(shù)值比較判斷反應方向；
（4）原子利用率=（目標產(chǎn)物總量/按化學方程式計算生成物總量）×100%；
（5）利用已知熱化學方程式和蓋斯定律書寫．

解答： 解：（1）固體的質(zhì)量增加了2.80g為Si₃N₄的質(zhì)量，其物質(zhì)的量

2.8g

140g/mol

=0.02mol，根據(jù)方程式可知消耗SiCl₄的物質(zhì)的量=0.02mol×3=0.06mol，故v（SiCl₄）=

0.06mol 2L

2min

=0.015mol/（L．min），
故答案為：0.015mol/（L．min）；
（2）A．由圖可知，隨溫度升高，氣體的平均相對分子質(zhì)量增大，說明正反應為放熱反應，即△H＜0，反應的△S＞0，△H-T△S＜0時反應能夠自發(fā)進行，所以任何溫度下反應都能夠自發(fā)進行，故A正確；
B．Si₃N₄是固體，隨反應進行混合氣體的總質(zhì)量減小，若混合氣體的總質(zhì)量不變，表明上述反應己達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．Si₃N₄是固體，增大其物質(zhì)的量，不影響平衡移動，故C錯誤；
D．按3：2：6的物質(zhì)的量比增加反應物，相當于增大氫氣濃度，SiC1₄（g）的轉(zhuǎn)化率升高，故D錯誤；
故答案為：AB；
（3）正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡常數(shù)減小，故溫度T₁＞T₂＞T₃，溫度越低，反應速率越慢，到達平衡時間越長，即溫度T₃達到平衡時間最長；Q=

[HCl]12

[SiCl]3?[N2]2?[H2]6

＜K=1.2時，平衡逆向移動，0≤x＜0.15時符合，故答案為：T₃；0≤x＜0.15；
（4）原子利用率=（目標產(chǎn)物總量/按化學方程式計算生成物總量）×100%，故該反應原子利用率=[（28×3+14×4）÷（28×3+14×4+36.6×12）]×100%=24.22%，
故答案為：24.22%；
（5）已知
①SiO₂（s）+2C（s）═Si（s）+2CO（g），△H═akJ/mol
②Si（s）+2Cl₂（g）═SiCl₄（l），△H=bkJ/mol
③SiCl₄（g）═SiCl₄（l），△H═ckJ/mol
據(jù)蓋斯定律，①+②-③得：SiO₂（s）+2C（s）+2Cl₂（g）═SiCl₄（g）+2CO（g）△=（a+b-c）KJ/mol，故答案為：SiO₂（s）+2C（s）+2Cl₂（g）═SiCl₄（g）+2CO（g）△=（a+b-c）KJ/mol．

點評：本題考查化學反應速率計算、外界條件對平衡移動影響、平衡常數(shù)影響因素、原子利用率的計算等，題目難度中等，注重對常考知識點的考查，能較好的體現(xiàn)學生分析解答問題的能力．