Question

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，通過以下反應制得：3SiO₂(s)+6C(s)+ 2N₂(g)  Si₃N₄(s)  + 6CO(g)
（1）該反應的氧化劑是               ，2molN₂參加反應轉移電子數為               ；
（2）該反應的平衡常數表達式為K＝　　　　　         　；
（3）若CO的生成速率為v(CO)＝18mol·L^-1·min^-1，則N₂的消耗速率為v(N₂)＝         
（4）達到平衡后，改變某一外界條件（不改變N₂、CO的量），反應速率v與時間t的關系如圖。圖中t₄時引起平衡移動的條件可能是                     ；圖中表示平衡混合物中CO的含量最高的一段時間是           。

（5）若該反應的平衡常數為 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，則N₂的轉化率是              (提示：27² = 729)

Answer 1

（1）氮氣 (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）升高溫度或增大壓強(2分)    t₃~t₄(2分)    （5）50%(2分)   

試題分析：（1）反應中N元素的化合價降低，有0價降為-3價，則氧化劑為氮氣，氧化劑對應的生成物為還原產物，應為氮化硅，故答案為：氮氣；氮化硅；（2）平衡常數等于氣體生成物的濃度冪之積除以氣體反應物的濃度冪之積，則K=[c(CO)]⁶/[c(N₂)]²（3）反應放熱，△H＜0，升高溫度平衡移動逆反應方向移動，平衡常數減小，速率之比等于化學計量數之比，則v（N₂）=1/3×v（CO）=1/3×18mol?L^-1?min^?1="6" mol?L^-1?min^?1（4） t₄時正逆反應速率都較原平衡時的速率大，可升高溫度或增大壓強，在t₄時反應向逆反應方向移動，則t₃～t₄時平衡混合物中CO的含量最高，故答案為：升高溫度或增大壓強，t₃～t₄；
（5）設反應的N₂的物質的量為x，
3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）Si₃N₄（s）+6CO（g）
起始：                 2mol                     0
轉化：                  x                       3x
平衡：                  2-x                     3x
則平衡時N₂的濃度為（2-x）mol/L，CO的濃度為3x mol/L，則有：(3x)⁶/(2-x)²=729，解之得x=1，則N₂的轉化率是50%。