Question

8．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）該反應的平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{[CO]{\;}^{6}}{[{N}_{2}]{\;}^{2}}$；
（2）若已知CO生成速率為ν（CO）=18mol•L^-1•min^-1，則N₂消耗速率為ν（N₂）=6mol•L^-1•min^-1
（3）在一定溫度下，不能作為該可逆反應達到平衡狀態(tài)的標志是AC；
A．單位時間內(nèi)1.2molSi-O斷裂的同時有0.2molN≡N斷裂     
B．Si₃N₄的質量不變
C．ν（CO）：ν（N₂）=3：1                                
D．N₂的轉化率不變
（4）若該反應的平衡常數(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，則N₂的轉化率是50%（提示：27²=729）．

Answer 1

分析 （1）化學平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，注意固體、純液體濃度為常數(shù)，不用寫固體、純液體的濃度；
（2）根據(jù)速率之比等于化學計量數(shù)之比計算；
（3）當化學反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理性不變，以此解答該題；
（4）列出三段式，根據(jù)平衡常數(shù)計算；

解答 解：（1）可逆反應3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）的平衡常數(shù)k=$\frac{[CO]{\;}^{6}}{[{N}_{2}]{\;}^{2}}$；
故答案為：$\frac{[CO]{\;}^{6}}{[{N}_{2}]{\;}^{2}}$；

（2）已知CO生成速率為v（CO）=18mol/（L•min），根據(jù)速率之比等于化學計量數(shù)之比，則N₂消耗速率為：v（N₂）=$\frac{1}{3}$v（CO）=$\frac{1}{3}$×18mol/（L•min）=6mol/（L•min）；
故答案為：6；
（3）A．單位時間內(nèi)1.2molSi-O斷裂的同時有0.2molN≡N斷裂，都表示的正方向速率，不能作為判斷達到平衡的標志，故A選；
B．反應正向進行Si₃N₄的質量增加，逆向進行質量減小，達到平衡時質量不變，所以可以作為判斷依據(jù)，故B不選；
C．ν（CO）：ν（N₂）=3：1，為同一方向速率關系，不能表明V正=V逆，不能作為判斷達到平衡的標志，故C選；                          
D．反應正向進行，N₂的轉化率增大，逆向進行氮氣轉化率降低，所以可以作為判斷依據(jù)，故D不選；
故選：AC；
（4）設反應的N₂的物質的量為x，
     3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）$\stackrel{高溫}{?}$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：$\frac{（3x）{\;}^{6}}{（2-x）{\;}^{2}}$=729，解之得x=1，
則N₂的轉化率是$\frac{1}{2}$=50%，
故答案為：50%．

點評 本題考查了化學平衡知識，側重考查化學平衡常數(shù)表達式的書寫及有關計算，化學平衡判斷，明確化學平衡特征及三段式的應用是解題關鍵，題目難度中等．