Question

4．在598K的条件下进行人工固氮反应：2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g），该反应过程中能量变化的曲线如图所示．请回答下列问题：
（1）反应历程由a变为b的原因可能是使用催化剂．
（2）不同温度下N₂的转化率如图：

温度/K	N2的转化率
598	a1
898	a2

则a₁＜（填“＞”、“＜”或“=”）α₂
（3）598K时，向容积为1L的某恒容密闭容器中加入2mol N₂、6mol H₂O（g）及固体催化剂，使之反应，平衡时容器内的压强为起始时的93.75%．
①达到平衡时，N₂的转化率为50%．
②598K时上述固氮反应的平衡常数K=$\frac{2}{27}$．

Answer 1

分析 （1）使用催化剂改变反应途径，降低活化能，不影响反应热；
（2）反应物总能量小于生成物总能量，正反应为吸热反应，升高温度平衡正向移动，反应物转化率增大；
（3）598K时，向容积为1L的某恒容密闭容器中加入2mol N₂、6mol H₂O（g）及固体催化剂，平衡时容器内的压强为起始时的93.75%，物质的量减少（2+6）mol×（1-93.75%）=0.5mol，则：
           2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）物质的量减小△n=1
起始量（mol）：2       6         0        0
变化量（mol）：1       3         2        1.5        0.5
平衡量（mol）：1       3         2        1.5   
①转化率=$\frac{物质的量变化量}{起始物质的量}$×100%；
②平衡常数K=$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}$．

解答 解：（1）由图可知，由a变为b活化能降低，反应热不变，应是使用催化剂，
故答案为：使用催化剂；
（2）反应物总能量小于生成物总能量，正反应为吸热反应，升高温度平衡正向移动，反应物转化率增大，则：则a₁＜α₂，
故答案为：＜；
（3）598K时，向容积为1L的某恒容密闭容器中加入2mol N₂、6mol H₂O（g）及固体催化剂，平衡时容器内的压强为起始时的93.75%，物质的量减少（2+6）mol×（1-93.75%）=0.5mol，则：
            2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）物质的量减小△n=1
起始量（mol）：2        6         0        0
变化量（mol）：1        3         2        1.5       0.5
平衡量（mol）：1        3         2        1.5
①氮气的转化率=$\frac{1mol}{2mol}$×100%=50%，
故答案为：50%；
②平衡常数K=$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}$=$\frac{{2}^{4}×1．{5}^{3}}{{1}^{2}×{3}^{6}}$=$\frac{2}{27}$，
故答案为：$\frac{2}{27}$．

点评 本题考查化学平衡计算、化学反应中能量变化，掌握三段式在化学平衡计算中应用，难度不大．