Question

18．據(jù)報(bào)道，在一定條件下，N₂在摻有少量氧化鐵的二氧化鈦催化劑表面能與水發(fā)生反應(yīng)，主要產(chǎn)物為NH₃，相應(yīng)的反應(yīng)方程式為：2N₂（g）+6H₂O（g）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=Q
①上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）{c}^{3}（{O}_{2}）}{{C}^{2}（{N}_{2}）{C}^{6}（{H}_{2}O）}$
②取五份等體積N₂和H₂O的混合氣體（物質(zhì)的量之比為1：3），分別加入體積相同的恒容器密閉容器中，在溫度不相同的情況下發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)相同時(shí)間后，測(cè)得氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)φ（N₂）與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖1所示，則上述反應(yīng)的Q＜0（填“＞”、“＜”或“=”）
③若上述反應(yīng)在有正催化劑的情況下發(fā)生，則如圖2所示的a、b、c、d四條曲線中，最能表示反應(yīng)體系能量變化的是d（填字母代號(hào)）

Answer 1

分析 （1）平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積；
（2）曲線的變化先增大后變小．我們知道溫度升高反應(yīng)速率加快．在此題中，反應(yīng)相同時(shí)間，低溫下的兩點(diǎn)是未達(dá)到平衡的兩點(diǎn)，隨溫度的升高，氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)隨溫度升高而變大，曲線的最高點(diǎn)是某溫度下達(dá)到平衡的點(diǎn)，之后的兩點(diǎn)，皆是平衡后的氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)，且隨溫度升高而降低，則生成氨氣的反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
（3）反應(yīng)是放熱反應(yīng)，使用催化劑可以降低反應(yīng)的活化能．

解答 解：（1）上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）{c}^{3}（{O}_{2}）}{{C}^{2}（{N}_{2}）{C}^{6}（{H}_{2}O）}$，故答案為：$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）{c}^{3}（{O}_{2}）}{{C}^{2}（{N}_{2}）{C}^{6}（{H}_{2}O）}$；
（2）曲線的變化先增大后變小．我們知道溫度升高反應(yīng)速率加快．在此題中，反應(yīng)相同時(shí)間，低溫下的兩點(diǎn)是未達(dá)到平衡的兩點(diǎn)，隨溫度的升高，氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)隨溫度升高而變大，曲線的最高點(diǎn)是某溫度下達(dá)到平衡的點(diǎn)，之后的兩點(diǎn)，皆是平衡后的氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)，且隨溫度升高而降低，則生成氨氣的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，即此反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即Q＜0，故答案為：＜；
（3）根據(jù)（2）的結(jié)論，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，應(yīng)從a、b曲線中找答案，使用催化劑可以降低反應(yīng)的活化能，因此應(yīng)該選b，故答案為：b．

點(diǎn)評(píng) 本題以人工固氮為載體來(lái)考查化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)、活化能，有一定的綜合性，難度中等．