Question

（17分）氮化硅是一種新型陶瓷材料，它可由石英晶體與焦炭顆粒在高溫的氮氣流中，通過如下反應制得：3SiO₂ + 6C + 2N₂ Si₃N₄ + 6CO，該反應過程中的能量變化如圖⑵所示；回答下列問題：

（1）上述反應中的還原劑是         ，還原產物是       。
（2）該反應是         （填“吸熱”或“放熱”）反應。
（3）在一定溫度下，上述反應在4L密閉容器內進行，用M、N兩種物質描述其物質的量隨時間變化的曲線如圖⑶所示：

①M、N表示的物質分別為        、         。
②比較t₂時刻，正逆反應速率大小_{（正）     （逆）}。
（填“>”、“=”、“<”）。.
③若t₂=2min，計算反應開始至t₂時刻，M的平均化學反應速率為             。
④t₃時刻化學反應達到平衡時反應物的轉化率為         。
（4）①某種氫燃料電池是用固體金屬氧化物陶瓷作電解質，某電極上發生的電極反應為：A極H₂－2e^－＋O^2－===H₂O；則A極是電池的      極 (填“正”或“負”)。
②上述合成氮化硅的反應產生的尾氣不能排放，經過處理以后可以用下圖所示的儀器測量尾氣中CO的含量。多孔電極中間的固體氧化鋯—氧化釔為電解質，這種固體電解質允許O^2-在其間通過，其工作原理如圖⑷所示，其中多孔Pt電極a、b分別是氣體CO、O₂的載體。

Ⅰ.該電池的正極為          （填a或b）；O² 流向        （填  “正極”或“負極”）
Ⅱ.該電池的正極反應式為                    ，負極反應式為                       。

Answer 1

（1）C；Si₃N₄ ；（2）放熱 ；（3）① CO 、N₂； ②_（正）  > _（逆）③ 1mol/(L·min)；④  75% ；
（4）① 負 。②Ⅰ.  b  ；負極； Ⅱ.正極反應為O₂＋4e^－===2O^2－ ；負極反應為CO－2e^－＋O^2－===CO₂。

 
試題分析：（1）在反應3SiO₂ + 6C + 2N₂Si₃N₄ + 6CO中C的化合價由0價→+2價，作還原劑，N元素的化合價由反應前的N₂的0價→-3價，得到電子，作氧化劑，變為還原產物Si₃N₄。（2）由于反應物的能量比生成物的能量高，多余的能量釋放出來。所以該反應是放熱反應。（3）①由圖像可知M是生成物，N的反應物。在反應方程式中，反應物中只有N₂是氣體，生成物中只有CO是氣體，因此M是CO ，N是N₂。②在t₂時刻，CO 和N₂的物質的量濃度相等，由于反應還沒有達到平衡，此時正逆反應速率大小_（正）>_（逆），反應正向進行。③若t₂=2min，從反應開始到t₂時刻，V(M)=" (4mol/L-2mol/L)" ÷2min="1mol/(L·min)." ④t₃時刻化學反應達到平衡時反應物的轉化率為(6mol/L÷8mol/L)×100%="75%" ；（4）①由于A電極失去電子，A極是電池的負極；②Ⅰ. 通入燃料CO的電極為負極，通入氧氣的電極為正極。由于b電極通入了氧氣，所以該電池的正極為b ；根據同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的原則，O^2-會向正電荷較多的負極移動；Ⅱ.對于該燃料電池來說，正極反應為O₂＋4e^－===2O^2－ ；負極反應為CO－2e^－＋O^2－===CO₂。該電池的總方程式為2CO＋O₂===CO₂。