题目
氮化硅(Si3N4)是一种新型陶瓷材料，它可由石英与焦炭在高温的氮气流中，通过如下反应制得：□ _(1)(O)_(2)+ □ C+|| N2 _(3)(N)_(4)+ □ CO(1)配平上述反应的化学方程式(将化学计量数填在方框内).(2)该反应中的氧化剂是____，其还原产物是____.(3)该反应的平衡常数表达式为K＝____.(4)若知上述反应为放热反应，则其反应热△H____零(填“大于”“小于”或“等于”)；升高温度，其平衡常数值____(填“增大”“减小”或“不变”).(5)若使压强增大，则上述平衡向____(填“正”或“逆”)反应方向移定(6)若已知CO生成速率为v(CO)＝18mol·(L·min)−1，则N2消耗速率v(N2)＝____mol·(L·min)−1.
氮化硅(Si3N4)是一种新型陶瓷材料，它可由石英与焦炭在高温的氮气流中，通过如下反应制得：
(1)配平上述反应的化学方程式(将化学计量数填在方框内).
(2)该反应中的氧化剂是____，其还原产物是____.
(3)该反应的平衡常数表达式为K＝____.
(4)若知上述反应为放热反应，则其反应热△H____零(填“大于”“小于”或“等于”)；升高温度，其平衡常数值____(填“增大”“减小”或“不变”).
(5)若使压强增大，则上述平衡向____(填“正”或“逆”)反应方向移定
(6)若已知CO生成速率为v(CO)＝18mol·(L·min)−1，则N2消耗速率v(N2)＝____mol·(L·min)−1.
题目解答
答案
解：(1)Si的化合价前后未变，N的化合价由0升为-3，C的化合价由0升为+2，生成1个氮化硅化合价降低12，生成1个CO化合价升高2，根据化合价升降总数相等以及质量守恒配平.
(2)化合价降低的反应物是氧化剂，氧化剂被还原得到的生成物是还原产物.
(3)化学平衡常数表达式为K= C6(CO)C2(N2)
(4)因反应是放热反应，所以△H＜0，温度升高，平衡逆向移动，反应物的浓度增大，生成物浓度减少，平衡常数减小.
(5)压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动，即逆反应方向.
(6)速率之比等于化学计量数之比.
故答案为：(1)3、6、2、1、6(2)N2;Si3N4(3) C6(CO)C2(N2)(4)小于；减小(5)逆(6)6
解析
步骤 1：配平化学方程式
氮化硅(Si3N4)的制备反应中，氮气(N2)作为氧化剂，将碳(C)氧化为一氧化碳(CO)，同时氮气被还原为氮化硅(Si3N4)。根据化合价变化，氮气中的氮原子从0价变为-3价，每个氮化硅分子中有4个氮原子，因此氮气的系数为2。碳的化合价从0价变为+2价，生成一氧化碳(CO)，因此碳的系数为6。硅的化合价未变，因此二氧化硅(SiO2)的系数为3，氮化硅(Si3N4)的系数为1，一氧化碳(CO)的系数为6。配平后的化学方程式为：3SiO2 + 6C + 2N2 → Si3N4 + 6CO。
步骤 2：确定氧化剂和还原产物
氮气(N2)作为氧化剂，被还原为氮化硅(Si3N4)。因此，氮化硅(Si3N4)是氮气的还原产物。
步骤 3：写出平衡常数表达式
平衡常数K的表达式为生成物浓度的乘积除以反应物浓度的乘积，且各物质的浓度均以化学计量数为指数。因此，K = [CO]^6 / [N2]^2。
步骤 4：分析反应热和温度对平衡常数的影响
由于反应是放热反应，反应热△H小于零。升高温度，平衡向吸热方向移动，即逆反应方向，因此平衡常数K减小。
步骤 5：分析压强对平衡的影响
压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动，即逆反应方向。
步骤 6：计算N2的消耗速率
速率之比等于化学计量数之比，因此v(N2) = v(CO) / 3 = 18 mol·(L·min)^-1 / 3 = 6 mol·(L·min)^-1。
氮化硅(Si3N4)的制备反应中，氮气(N2)作为氧化剂，将碳(C)氧化为一氧化碳(CO)，同时氮气被还原为氮化硅(Si3N4)。根据化合价变化，氮气中的氮原子从0价变为-3价，每个氮化硅分子中有4个氮原子，因此氮气的系数为2。碳的化合价从0价变为+2价，生成一氧化碳(CO)，因此碳的系数为6。硅的化合价未变，因此二氧化硅(SiO2)的系数为3，氮化硅(Si3N4)的系数为1，一氧化碳(CO)的系数为6。配平后的化学方程式为：3SiO2 + 6C + 2N2 → Si3N4 + 6CO。
步骤 2：确定氧化剂和还原产物
氮气(N2)作为氧化剂，被还原为氮化硅(Si3N4)。因此，氮化硅(Si3N4)是氮气的还原产物。
步骤 3：写出平衡常数表达式
平衡常数K的表达式为生成物浓度的乘积除以反应物浓度的乘积，且各物质的浓度均以化学计量数为指数。因此，K = [CO]^6 / [N2]^2。
步骤 4：分析反应热和温度对平衡常数的影响
由于反应是放热反应，反应热△H小于零。升高温度，平衡向吸热方向移动，即逆反应方向，因此平衡常数K减小。
步骤 5：分析压强对平衡的影响
压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动，即逆反应方向。
步骤 6：计算N2的消耗速率
速率之比等于化学计量数之比，因此v(N2) = v(CO) / 3 = 18 mol·(L·min)^-1 / 3 = 6 mol·(L·min)^-1。