Question

18．据报道，在一定条件下，N₂在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应，主要产物为NH₃，相应的反应方程式为：2N₂（g）+6H₂O（g）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=Q
①上述反应的平衡常数表达式为$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）{c}^{3}（{O}_{2}）}{{C}^{2}（{N}_{2}）{C}^{6}（{H}_{2}O）}$
②取五份等体积N₂和H₂O的混合气体（物质的量之比为1：3），分别加入体积相同的恒容器密闭容器中，在温度不相同的情况下发生反应，反应相同时间后，测得氮气的体积分数φ（N₂）与反应温度T的关系曲线如图1所示，则上述反应的Q＜0（填“＞”、“＜”或“=”）
③若上述反应在有正催化剂的情况下发生，则如图2所示的a、b、c、d四条曲线中，最能表示反应体系能量变化的是d（填字母代号）

Answer 1

分析 （1）平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积；
（2）曲线的变化先增大后变小．我们知道温度升高反应速率加快．在此题中，反应相同时间，低温下的两点是未达到平衡的两点，随温度的升高，氮气的体积分数随温度升高而变大，曲线的最高点是某温度下达到平衡的点，之后的两点，皆是平衡后的氮气的体积分数，且随温度升高而降低，则生成氨气的反应是放热反应；
（3）反应是放热反应，使用催化剂可以降低反应的活化能．

解答 解：（1）上述反应的平衡常数表达式为：K=$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）{c}^{3}（{O}_{2}）}{{C}^{2}（{N}_{2}）{C}^{6}（{H}_{2}O）}$，故答案为：$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）{c}^{3}（{O}_{2}）}{{C}^{2}（{N}_{2}）{C}^{6}（{H}_{2}O）}$；
（2）曲线的变化先增大后变小．我们知道温度升高反应速率加快．在此题中，反应相同时间，低温下的两点是未达到平衡的两点，随温度的升高，氮气的体积分数随温度升高而变大，曲线的最高点是某温度下达到平衡的点，之后的两点，皆是平衡后的氮气的体积分数，且随温度升高而降低，则生成氨气的反应是放热反应，即此反应的正反应为放热反应，即Q＜0，故答案为：＜；
（3）根据（2）的结论，反应是放热反应，应从a、b曲线中找答案，使用催化剂可以降低反应的活化能，因此应该选b，故答案为：b．

点评 本题以人工固氮为载体来考查化学平衡常数、化学反应的热效应、活化能，有一定的综合性，难度中等．