Question

4．在598K的條件下進行人工固氮反應：2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g），該反應過程中能量變化的曲線如圖所示．請回答下列問題：
（1）反應歷程由a變?yōu)閎的原因可能是使用催化劑．
（2）不同溫度下N₂的轉化率如圖：

溫度/K	N2的轉化率
598	a1
898	a2

則a₁＜（填“＞”、“＜”或“=”）α₂
（3）598K時，向容積為1L的某恒容密閉容器中加入2mol N₂、6mol H₂O（g）及固體催化劑，使之反應，平衡時容器內的壓強為起始時的93.75%．
①達到平衡時，N₂的轉化率為50%．
②598K時上述固氮反應的平衡常數(shù)K=$\frac{2}{27}$．

Answer 1

分析 （1）使用催化劑改變反應途徑，降低活化能，不影響反應熱；
（2）反應物總能量小于生成物總能量，正反應為吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，反應物轉化率增大；
（3）598K時，向容積為1L的某恒容密閉容器中加入2mol N₂、6mol H₂O（g）及固體催化劑，平衡時容器內的壓強為起始時的93.75%，物質的量減少（2+6）mol×（1-93.75%）=0.5mol，則：
           2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）物質的量減小△n=1
起始量（mol）：2       6         0        0
變化量（mol）：1       3         2        1.5        0.5
平衡量（mol）：1       3         2        1.5   
①轉化率=$\frac{物質的量變化量}{起始物質的量}$×100%；
②平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}$．

解答 解：（1）由圖可知，由a變?yōu)閎活化能降低，反應熱不變，應是使用催化劑，
故答案為：使用催化劑；
（2）反應物總能量小于生成物總能量，正反應為吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，反應物轉化率增大，則：則a₁＜α₂，
故答案為：＜；
（3）598K時，向容積為1L的某恒容密閉容器中加入2mol N₂、6mol H₂O（g）及固體催化劑，平衡時容器內的壓強為起始時的93.75%，物質的量減少（2+6）mol×（1-93.75%）=0.5mol，則：
            2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）物質的量減小△n=1
起始量（mol）：2        6         0        0
變化量（mol）：1        3         2        1.5       0.5
平衡量（mol）：1        3         2        1.5
①氮氣的轉化率=$\frac{1mol}{2mol}$×100%=50%，
故答案為：50%；
②平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}$=$\frac{{2}^{4}×1．{5}^{3}}{{1}^{2}×{3}^{6}}$=$\frac{2}{27}$，
故答案為：$\frac{2}{27}$．

點評 本題考查化學平衡計算、化學反應中能量變化，掌握三段式在化學平衡計算中應用，難度不大．