Question

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(yīng)制得：3SiO₂+6C+2N₂ 

高溫

Si₃N₄+6CO，該反應(yīng)過程中的能量變化如圖1所示；回答下列問題：

（1）上述反應(yīng)中的還原劑是

 

，還原產(chǎn)物是

 

．
（2）該反應(yīng)是

 

（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)．
（3）在一定溫度下，上述反應(yīng)在4L密閉容器內(nèi)進行，用M、N兩種物質(zhì)描述其物質(zhì)的量隨時間變化的曲線如圖2所示：
①M、N表示的物質(zhì)分別為

 

、

 

．
②比較t₂時刻，正逆反應(yīng)速率大小v_（正）

 

v_（逆）．（填“＞”、“=”、“＜”）．．
③若t₂=2min，計算反應(yīng)開始至t₂時刻，M的平均化學(xué)反應(yīng)速率為

 

．
④t₃時刻化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時反應(yīng)物的轉(zhuǎn)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(zhì)，某電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為：A極H₂-2e^-+O^2-═H₂O；則A極是電池的

 

極 （填“正”或“負(fù)”）．
②上述合成氮化硅的反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣不能排放，經(jīng)過處理以后可以用圖3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(zhì)，這種固體電解質(zhì)允許O^2-在其間通過，其工作原理如圖3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(fù)極”）
Ⅱ．該電池的正極反應(yīng)式為

 

，負(fù)極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,氧化還原反應(yīng),原電池和電解池的工作原理,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）3SiO₂+6C+2N₂ 

高溫

Si₃N₄+6CO中，C元素的化合價升高，N元素的化合價降低；
（2）由圖可知，反應(yīng)物總能量大于生成物總能量；
（3）①由圖可知，M的量增加，N的量減少；
②t₂時刻反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行，t₃時刻達(dá)到平衡；
③結(jié)合v=

△c

△t

計算；
④由圖可知，氮氣的起始濃度為8mol/L，平衡濃度為2mol/L，以此計算；
（4）①氫燃料電池A極H₂-2e^-+O^2-═H₂O，則A極失去電子；
②圖3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(zhì)，這種固體電解質(zhì)允許O^2-在其間通過，其工作原理如圖3所示，其中多孔Pt電極a、b分別是氣體CO、O₂的載體．
Ⅰ．CO失去電子，氧氣得到電子，陰離子流向負(fù)極；
Ⅱ．正極上氧氣得到電子生成氧負(fù)離子，負(fù)極上CO失去電子．

解答： 解：（1）3SiO₂+6C+2N₂ 

高溫

Si₃N₄+6CO中，C元素的化合價升高，N元素的化合價降低，則C為還原劑，Si₃N₄為還原產(chǎn)物，故答案為：C；Si₃N₄；
（2）由圖可知，反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，則高反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；
（3）①由圖可知，M的量增加，N的量減少，結(jié)合反應(yīng)可知，則M為CO，N為N₂，故答案為：CO；N₂；
②t₂時刻反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行，t₃時刻達(dá)到平衡，則t₂時刻，正逆反應(yīng)速率大小v_（正）＞v_（逆），故答案為：＞；
③由v=

△c

△t

可知，t₂=2min，反應(yīng)開始至t₂時刻，M的平均化學(xué)反應(yīng)速率為

4mol/L-2mol/L

2min

=1mol/（L?min），故答案為：1mol/（L?min）；
④由圖可知，氮氣的起始濃度為8mol/L，平衡濃度為2mol/L，則平衡時反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率為

8mol/L-2mol/L

8mol/L

×100%=75%，故答案為：75%；
（4）①氫燃料電池A極H₂-2e^-+O^2-═H₂O，則A極失去電子，則A為負(fù)極，故答案為：負(fù)；
②圖3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(zhì)，這種固體電解質(zhì)允許O^2-在其間通過，其工作原理如圖3所示，其中多孔Pt電極a、b分別是氣體CO、O₂的載體．
Ⅰ．CO失去電子，氧氣得到電子，則正極為b，O²流向流向負(fù)極，故答案為：b；負(fù)極；
Ⅱ．正極上氧氣得到電子生成氧負(fù)離子，負(fù)極上CO失去電子，正極反應(yīng)為O₂+4e^-═2O^2-，負(fù)極反應(yīng)為CO-2e^-+O^2-═CO₂，故答案為：O₂+4e^-═2O^2-；CO-2e^-+O^2-═CO₂．

點評：本題考查較綜合，涉及化學(xué)平衡及圖象、氧化還原反應(yīng)、原電池原理、化學(xué)平衡計算等，為高考中常見的綜合題，側(cè)重化學(xué)反應(yīng)原理及學(xué)生綜合應(yīng)用能力的考查，題目難度中等．