Question

16．氮化硅（Si₃N₄）是一種重要的陶瓷材料，可用石英與焦炭在1400～1450℃的氮?dú)鈿夥障潞铣桑?SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）高$\stackrel{高溫}{?}$Si₃N₄（s）+6CO（g）-Q（Q＞0），在反應(yīng)條件下，向10L密閉容器中加入反應(yīng)物，10min后達(dá)到平衡．
完成下列填空：
（1）上述反應(yīng)所涉及的元素，原子半徑由大到小的順序是Si＞C＞N＞O．
其中一種元素的原子核外s電子數(shù)與p電子數(shù)相等，寫(xiě)出它的最外層電子排布的軌道表示式．
比較碳、硅兩種元素的非金屬性強(qiáng)弱，可以通過(guò)比較CH₄與SiH₄的穩(wěn)定性或H₂CO₃與H₂SiO₃的酸性（填：化合物性質(zhì)的差異）來(lái)判斷．
（2）上述反應(yīng)混合物中的極性分子是CO，寫(xiě)出非極性分子的電子式．
從晶體類型的角度分析用氮化硅制造發(fā)動(dòng)機(jī)中耐熱部件的原因是氮化硅是原子晶體、熔點(diǎn)高．
（3）下列措施可以提高二氧化硅轉(zhuǎn)化率的是bc（選填編號(hào)）．
a．增加二氧化硅用量b．升高反應(yīng)溫度
c．增大氣體壓強(qiáng)    d．向反應(yīng)容器中多充入氮?dú)?br />（4）下列描述中能說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)平衡的是cd（選填編號(hào)）．
a．c（CO）=3c（N₂）        b．v （CO）=3v（N₂）
c．$\frac{[c（CO）]^{6}}{[c（{N}_{2}）]^{2}}$保持不變d．氣體的壓強(qiáng)保持不變
（5）測(cè)得平衡時(shí)固體質(zhì)量減少了11.2g，則用氮?dú)獗硎镜钠骄�反�?yīng)速率為0.002mol/（L．min）．

Answer 1

分析 （1）同周期自左而右原子半徑減小，同主族自上而下原子半徑增大；
上述元素中的一種元素的原子核外s電子數(shù)與p電子數(shù)相等，核外電子數(shù)排布為1s²2s²2p⁴，根據(jù)泡利原理、洪特規(guī)則畫(huà)出最外層電子排布的軌道表示式；
可以根據(jù)氫化物穩(wěn)定性，最高價(jià)含氧酸的酸性強(qiáng)弱等比較元素非金屬性；
（2）CO屬于極性分子，氮?dú)鉃榉墙饘傩苑肿�，氮�(dú)夥肿又蠳原子之間形成3對(duì)共用電子對(duì)；氮化硅是原子晶體、熔點(diǎn)高；
（3）提高二氧化硅轉(zhuǎn)化率，應(yīng)改變條件使平衡正向移動(dòng)，結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析解答；
（4）可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說(shuō)明到達(dá)平衡；
（5）利用差量法計(jì)算生成參加反應(yīng)氮?dú)獾馁|(zhì)量，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（N₂）．

解答 解：（1）同周期自左而右原子半徑減小，同主族自上而下原子半徑增大，故原子半徑：Si＞C＞N＞O；
上述元素中的一種元素的原子核外s電子數(shù)與p電子數(shù)相等，核外電子數(shù)排布為1s²2s²2p⁴，根據(jù)泡利原理、洪特規(guī)則，最外層電子排布的軌道表示式為；
可以利用CH₄與SiH₄的穩(wěn)定性或H₂CO₃與H₂SiO₃的酸性等，比較碳、硅兩種元素的非金屬性強(qiáng)弱，
故答案為：Si＞C＞N＞O；；CH₄與SiH₄的穩(wěn)定性或H₂CO₃與H₂SiO₃的酸性；
（2）CO屬于極性分子，氮?dú)鉃榉墙饘傩苑肿樱�氮�(dú)夥肿又蠳原子之間形成3對(duì)共用電子對(duì)，電子式為，氮化硅是原子晶體、熔點(diǎn)高，可以制造發(fā)動(dòng)機(jī)中耐熱部件，
故答案為：CO；；氮化硅是原子晶體、熔點(diǎn)高；
（3）a．二氧化硅為固體，增加二氧化硅用量，平衡不移動(dòng)，二氧化硅轉(zhuǎn)化率減小，故a錯(cuò)誤
b．正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高反應(yīng)溫度平衡正向移動(dòng)，二氧化硅轉(zhuǎn)化率增大，故b正確；
c．正反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，增大氣體壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，二氧化硅轉(zhuǎn)化率減小，故c錯(cuò)誤；
d．向反應(yīng)容器中多充入氮?dú)�，平衡正向移�?dòng)，二氧化硅轉(zhuǎn)化率增大，故d正確，
故選：bd；
（4）a．平衡時(shí)CO、氮?dú)獾臐舛戎�比不一定等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故a錯(cuò)誤；
b．v （CO）=3v（N₂），未指明正逆速率，若均為正反應(yīng)速率，反應(yīng)始終按該比例關(guān)系進(jìn)行，但分別表示正逆速率時(shí)，反應(yīng)到達(dá)平衡，故b錯(cuò)誤；
c．$\frac{[c（CO）]^{6}}{[c（{N}_{2}）]^{2}}$為平衡常數(shù)表達(dá)式，$\frac{[c（CO）]^{6}}{[c（{N}_{2}）]^{2}}$不變說(shuō)明到達(dá)平衡，故c正確；
d．隨反應(yīng)進(jìn)行氣體物質(zhì)的量增大，恒溫恒容下壓強(qiáng)增大，氣體的壓強(qiáng)保持不變，說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故d正確，
故選：cd；
（5）3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g） 固體質(zhì)量減少
                       56                          6×28-56=112
                       5.6g                           11.2g
故參加反應(yīng)氮?dú)馕镔|(zhì)的量為$\frac{5.6g}{28g/mol}$=0.2mol，則v（N₂）=$\frac{\frac{0.2mol}{10L}}{10min}$=0.002mol/（L．min），
故答案為：0.002mol/（L．min）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查元素周期律應(yīng)用、核外電子排布、分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、晶體類型與性質(zhì)、化學(xué)平衡移動(dòng)、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷、反應(yīng)速率計(jì)算等，注意判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說(shuō)明到達(dá)平衡．