Question

【題目】氮化硅（Si3N4）耐高溫、硬度大，可用石英與焦炭在1400~1450℃的氮氣中合成：3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)=Si3N4(s)+6CO(g)－Q（Q＞0），在一定條件下，向10L密閉容器中加入反應(yīng)物，10min后達到平衡。完成下列問題：

（1）上述反應(yīng)所涉及的屬于第三周期的元素，其原子的最外層電子軌道表示式為______。其中一種元素的原子核外s電子數(shù)與p電子數(shù)相等，其原子的核外電子能量不同的有_____種。

（2）上述反應(yīng)混合物中的極性分子是______，寫出非極性分子的電子式________。分析用氮化硅制造軸承和發(fā)動機中耐熱部件的原因是___________。

（3）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為__________。可以提高二氧化硅轉(zhuǎn)化率的措施是________（任寫一條），該措施對平衡常數(shù)的影響為__________（填“增大”、“減小”或“保持不變”）。

（4）測得平衡時固體質(zhì)量減少了5.6g，則用氮氣表示的平均反應(yīng)速率為__________。

Answer 1

【答案】 3 CO 氮化硅是原子晶體，氮原子和硅原子間的共價鍵決定氮化硅具有很高的硬度和熔沸點 K= 升高反應(yīng)溫度（或充入氮氣） 增大（或保持不變） 0.001mol·L-1·min-1 或1×10-3 mol·L-1·min-1

【解析】

(1)反應(yīng)所涉及的屬于第三周期的元素為Si元素，硅是14號元素，據(jù)此書寫最外層電子軌道表示式；其中的一種元素的原子核外s電子數(shù)與p電子數(shù)相等，核外電子數(shù)排布為1s22s22p4，據(jù)此解答；

(2)反應(yīng)中涉及的分子有CO和N2，根據(jù)分子的性質(zhì)分析判斷；氮化硅是原子晶體，據(jù)此解答；

(3)根據(jù)3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)=Si3N4(s)+6CO(g)結(jié)合平衡常數(shù)的概念書寫表達式；該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，若要提高二氧化硅轉(zhuǎn)化率，需要平衡正向移動，結(jié)合平衡移動的影響因素分析解答；

(4)利用差量法計算生成參加反應(yīng)氮氣的質(zhì)量，再根據(jù)v=計算v(N2)。

(1)3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)=Si3N4(s)+6CO(g)反應(yīng)所涉及的屬于第三周期的元素為Si元素，硅是14號元素，最外層電子排布為3s23p2，最外層電子軌道表示式為，

其中的一種元素的原子核外s電子數(shù)與p電子數(shù)相等，核外電子數(shù)排布為1s22s22p4，含有3個能級，其原子的核外電子能量不同的有3種，故答案為：；3；

(2)3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)=Si3N4(s)+6CO(g)反應(yīng)中CO屬于極性分子，氮氣為非極性分子，氮氣分子中N原子之間形成3對共用電子對，電子式為；氮化硅是原子晶體，具有很高的硬度和熔沸點，可以制造發(fā)動機中耐熱部件，故答案為：CO；；氮化硅是原子晶體，具有很高的硬度和熔沸點；

(3)3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)=Si3N4(s)+6CO(g)，反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=；該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，若要提高二氧化硅轉(zhuǎn)化率，需要平衡正向移動，可以采取的措施有升高反應(yīng)溫度、充入氮氣等；升高反應(yīng)溫度，配合正向移動，平衡常數(shù)增大，若采取的措施是充入氮氣，盡管平衡移動，但溫度不變，平衡常數(shù)保持不變，故答案為：K=；升高反應(yīng)溫度(或充入氮氣)；增大(或保持不變)；

(4)設(shè)反應(yīng)的氮氣的物質(zhì)的量為x，

3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)Si3N4(s)+6CO(g) 固體質(zhì)量減少

2mol 112g

x 5.6g

則=，解得：x=0.1mol，則v(N)==0.001mol/(L·min)，故答案為：0.001mol/(L·min)。