Question

（14分）用氮化硅陶瓷代替金屬制造發動機的耐熱部件，能大幅度提高發動機的熱效率。工業上用化學氣相沉積法制備氮化硅，其反應如下：3SiCl₄(g)+2N₂(g)+6H₂(g)Si₃N₄(s)+12HCl(g)，在溫度T₀下的2 L密閉容器中，加入0．30 mol SiC1₄, 0．20 mol N₂． 0．36 mol H₂進行上述反應，2min后達到平衡，測得固體的質量增加了2．80 g
（1） SiCl₄的平均反應速率為＿＿＿
（2）平衡后，若改變溫度，混合氣體的平均相對分子質量與溫度的關系如圖所示，下列說法正確的是

A．該反應在任何溫度下可自發進行

B．若混合氣體的總質量不變，表明上述反應己達到平衡狀態

C．其他條件不變，增大Si3N4的物質的量，平衡向左移動

D．按3:2:6的物質的量比增加反應物，SiC14（g）的轉化率降低

（3）下表為不同溫度下該反應的平衡常數，其他條件相同時，在＿＿＿（填"T₁”、“T₂”．,“T₃”）溫度下反應達到平衡所需時間最長：

假設溫度為T₁時向該反應容器中同時加入。(SiC1₄) =0．3 mol/L，c(H₂) =0．3 mol/L,，c(N₂) ＝
x mol/L, c (HCl) ＝0．3 mol/L和足量Si₃N₄ (s),若要使平衡建立的過程中HCl濃度減小，x的取值
范圍為＿＿＿
（4）該反應的原子利用率為＿＿＿＿
（5）工業上制備SiCl₄的反應過程如下：

寫出二氧化硅、焦炭與Cl ₂在高溫下反應生成氣態SiC1₄和一氧化碳的熱化學方程式_____

Answer 1

（14分）
（1）0．015mol/(L?min)（2分） （2）AB（2分）
（3）T₃（2分）  0 ≤ x < 0．15（3分） （4）24．22%（2分）
（5）SiO₂(s)+2C(s)+2Cl₂(g)=SiCl₄(g)+2CO(g) ?H=(a+b-c)kJ?mol?¹（3分）

解析試題分析：（1）反應生成的n(Si₃N₄)=2．8g÷140g/mol=0．02mol，則反應的SiCl₄為：n(SiCl₄)=3n(Si₃N₄)=3×0．02mol=0．06mol，則v(Si₃N₄)=0．06mol÷2L÷2min=0．015mol/(L?min)。
（2）正反應方向，氣體的物質的量增大，氣體的質量減小，根據圖像可知溫度升高，混合氣體的平均相對分子質量增大，所以升溫平衡向逆反應方向移動移動，則該反應為放熱反應。A、因為該反應?H <0，?S>0，所以?H?—T?S恒小于0，在任何溫度下可自發進行，正確；B、因為Si₃N₄為固體，反應前后氣體的質量不相等，所以若混合氣體的總質量不變，表明反應己達到平衡狀態，正確；C、因為Si₃N₄為固體，所以其他條件不變，增大Si₃N₄的物質的量，對平衡無影響，錯誤；D、按3:2:6的物質的量比增加反應物，H₂的體積分數增大，所以SiC1₄（g）的轉化率增大，錯誤。
（3）該反應為放熱反應，隨著溫度升高，平衡常數減小，所以T₃溫度最低，反應速率最小，達到平衡所需時間最長；當反應恰好達到平衡時，根據平衡常數可得：0．3¹²÷（0．3³×0．3⁶×x²）=1．2，解得x=0．15mol，要使平衡建立的過程中HCl濃度減小，反應向左進行，所以0 ≤ x < 0．15
（4）根據化學方程式，原子的利用率=140÷（140+12×36．5）×100%=24．22%
（5）首先寫出化學方程式并注明狀態：SiO₂(s)+2C(s)+2Cl₂(g)=SiCl₄(g)+2CO(g)，然后根據蓋斯定律求算焓變，該反應可由已知的3個反應經① + ②—③求得，所以?H=(a+b-c)kJ?mol?¹，進而可寫成化學方程式。
考點：本題考查化學反應速率、化學平衡、原子利用率、熱化學方程式的書寫。