Question

16．氮化硅（Si₃N₄）是一種重要的陶瓷材料，可用石英與焦炭在1400～1450℃的氮氣氣氛下合成：3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）高$\stackrel{高溫}{?}$Si₃N₄（s）+6CO（g）-Q（Q＞0），在反應條件下，向10L密閉容器中加入反應物，10min后達到平衡．
完成下列填空：
（1）上述反應所涉及的元素，原子半徑由大到小的順序是Si＞C＞N＞O．
其中一種元素的原子核外s電子數(shù)與p電子數(shù)相等，寫出它的最外層電子排布的軌道表示式．
比較碳、硅兩種元素的非金屬性強弱，可以通過比較CH₄與SiH₄的穩(wěn)定性或H₂CO₃與H₂SiO₃的酸性（填：化合物性質的差異）來判斷．
（2）上述反應混合物中的極性分子是CO，寫出非極性分子的電子式．
從晶體類型的角度分析用氮化硅制造發(fā)動機中耐熱部件的原因是氮化硅是原子晶體、熔點高．
（3）下列措施可以提高二氧化硅轉化率的是bc（選填編號）．
a．增加二氧化硅用量b．升高反應溫度
c．增大氣體壓強    d．向反應容器中多充入氮氣
（4）下列描述中能說明反應已達平衡的是cd（選填編號）．
a．c（CO）=3c（N₂）        b．v （CO）=3v（N₂）
c．$\frac{[c（CO）]^{6}}{[c（{N}_{2}）]^{2}}$保持不變d．氣體的壓強保持不變
（5）測得平衡時固體質量減少了11.2g，則用氮氣表示的平均反應速率為0.002mol/（L．min）．

Answer 1

分析 （1）同周期自左而右原子半徑減小，同主族自上而下原子半徑增大；
上述元素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，根據(jù)泡利原理、洪特規(guī)則畫出最外層電子排布的軌道表示式；
可以根據(jù)氫化物穩(wěn)定性，最高價含氧酸的酸性強弱等比較元素非金屬性；
（2）CO屬于極性分子，氮氣為非金屬性分子，氮氣分子中N原子之間形成3對共用電子對；氮化硅是原子晶體、熔點高；
（3）提高二氧化硅轉化率，應改變條件使平衡正向移動，結合平衡移動原理分析解答；
（4）可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡；
（5）利用差量法計算生成參加反應氮氣的質量，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（N₂）．

解答 解：（1）同周期自左而右原子半徑減小，同主族自上而下原子半徑增大，故原子半徑：Si＞C＞N＞O；
上述元素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，根據(jù)泡利原理、洪特規(guī)則，最外層電子排布的軌道表示式為；
可以利用CH₄與SiH₄的穩(wěn)定性或H₂CO₃與H₂SiO₃的酸性等，比較碳、硅兩種元素的非金屬性強弱，
故答案為：Si＞C＞N＞O；；CH₄與SiH₄的穩(wěn)定性或H₂CO₃與H₂SiO₃的酸性；
（2）CO屬于極性分子，氮氣為非金屬性分子，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、熔點高，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、熔點高；
（3）a．二氧化硅為固體，增加二氧化硅用量，平衡不移動，二氧化硅轉化率減小，故a錯誤
b．正反應為吸熱反應，升高反應溫度平衡正向移動，二氧化硅轉化率增大，故b正確；
c．正反應為氣體體積增大的反應，增大氣體壓強，平衡逆向移動，二氧化硅轉化率減小，故c錯誤；
d．向反應容器中多充入氮氣，平衡正向移動，二氧化硅轉化率增大，故d正確，
故選：bd；
（4）a．平衡時CO、氮氣的濃度之比不一定等于化學計量數(shù)之比，故a錯誤；
b．v （CO）=3v（N₂），未指明正逆速率，若均為正反應速率，反應始終按該比例關系進行，但分別表示正逆速率時，反應到達平衡，故b錯誤；
c．$\frac{[c（CO）]^{6}}{[c（{N}_{2}）]^{2}}$為平衡常數(shù)表達式，$\frac{[c（CO）]^{6}}{[c（{N}_{2}）]^{2}}$不變說明到達平衡，故c正確；
d．隨反應進行氣體物質的量增大，恒溫恒容下壓強增大，氣體的壓強保持不變，說明反應到達平衡，故d正確，
故選：cd；
（5）3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g） 固體質量減少
                       56                          6×28-56=112
                       5.6g                           11.2g
故參加反應氮氣物質的量為$\frac{5.6g}{28g/mol}$=0.2mol，則v（N₂）=$\frac{\frac{0.2mol}{10L}}{10min}$=0.002mol/（L．min），
故答案為：0.002mol/（L．min）．

點評 本題考查元素周期律應用、核外電子排布、分子結構與性質、晶體類型與性質、化學平衡移動、化學平衡狀態(tài)判斷、反應速率計算等，注意判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡．