Question

11．在一定溫度下，把1mol N₂和3mol H₂通入一個(gè)密閉容器里，發(fā)生如下反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）   當(dāng)此反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，反應(yīng)混合物就處于化學(xué)平衡狀態(tài)．現(xiàn)在該容器中保持溫度不變，令m，n，p分別代表初始加入的N₂，H₂和NH₃的物質(zhì)的量（mol），如果m，n，p取不同的數(shù)值，它們必須滿足一定的關(guān)系，才能保證達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)混合物中三種氣體的百分含量仍跟上述平衡時(shí)的完全相同．請(qǐng)?zhí)顚?xiě)下列空白：
（1）若保持溫度、體積一定，當(dāng)m=0，n=0時(shí)，p=2．若保持溫度、壓強(qiáng)一定，當(dāng)m=0，n=0時(shí)，p=任意值．
（2）若保持溫度、體積一定，當(dāng)p=0.1時(shí)，m=0.95，n=2.85．若保持溫度、壓強(qiáng)一定，當(dāng)p=0.1時(shí)，m，nm，n是任意值，且m：n=1：3．
（3）在溫度、體積一定時(shí)，m，n，p必須滿足的一般條件是（請(qǐng)用兩個(gè)方程式表示，其中一個(gè)只含m和p，另一個(gè)只含n和p）：m+p/2=1；n+3p/2=3．

Answer 1

分析 達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)混合物中三種氣體的百分含量仍跟上述平衡時(shí)的完全相同，即為等效平衡，對(duì)于平衡狀態(tài)的建立，只與條件相關(guān)，即與溫度、壓強(qiáng)（或容器的容積）、反應(yīng)物或生成物的起始量的相對(duì)關(guān)系有關(guān)，而與反應(yīng)進(jìn)行的方向無(wú)關(guān)．設(shè)起始時(shí)1摩N₂和3摩H₂為Ⅰ狀態(tài)，其它條件為Ⅱ狀態(tài)，溫度不變，體積不變時(shí)，根據(jù)改變起始加入量情況，則只要通過(guò)可逆反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)比換算（極限假設(shè)轉(zhuǎn)換）成反應(yīng)方程式左（或右）的同一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量與原平衡相同即可；
對(duì)于溫度、壓強(qiáng)一定的反應(yīng)，初始態(tài)是1mol N₂和3mol H₂的混合物，將初始物質(zhì)的加入量轉(zhuǎn)換為反應(yīng)物，只要與開(kāi)始加入反應(yīng)物比值相等，即等效，據(jù)此分析．

解答 解：設(shè)起始時(shí)1摩N₂和3摩H₂為Ⅰ狀態(tài)，其它條件為Ⅱ狀態(tài)，溫度不變，體積不變時(shí)，根據(jù)改變起始加入量情況，則只要通過(guò)可逆反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)比換算（極限假設(shè)轉(zhuǎn)換）成反應(yīng)方程式左（或右）的同一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量與原平衡相同即可；
對(duì)于溫度、壓強(qiáng)一定的反應(yīng)，初始態(tài)是1mol N₂和3mol H₂的混合物，將初始物質(zhì)的加入量轉(zhuǎn)換為反應(yīng)物，只要與開(kāi)始加入反應(yīng)物比值相等，即等效，利用方程式求解：
（1）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
Ⅰ1mol    3mol         0
Ⅱ0     0           pmol
根據(jù)方程式可知：2 mol NH₃相當(dāng)于1 mol N₂和3mol H₂，故p=2 mol．
設(shè)起始時(shí)1摩N₂和3摩H₂為Ⅰ狀態(tài)，其它條件為Ⅱ狀態(tài)，溫度、壓強(qiáng)不變時(shí)，
     N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
Ⅰ1mol    3mol         0
Ⅱ0     0           pmol
p為任何值，其轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量之比與開(kāi)始時(shí)相同，
故答案為：2；任意值；
（2）對(duì)于溫度、體積一定的反應(yīng)，將初始物質(zhì)的加入量轉(zhuǎn)換為反應(yīng)物，必須是1mol N₂和3mol H₂的混合物，才等效，初始態(tài)包含了三種氣態(tài)物質(zhì)，此時(shí)需要進(jìn)行思維轉(zhuǎn)換，將初始物質(zhì)的加入量轉(zhuǎn)換為相當(dāng)于m=1，n=3就可以達(dá)到題設(shè)的平衡狀態(tài)．現(xiàn)在p=0.1，則m=0.95，n=2.85；對(duì)于溫度、壓強(qiáng)一定的反應(yīng)，將初始物質(zhì)的加入量轉(zhuǎn)換為反應(yīng)物，只要與開(kāi)始加入反應(yīng)物比值相等，即等效，所以m，n可以是任意值，且m：n=1：3，
故答案為：0.95；2.85；m，n是任意值，且m：n=1：3；
（3）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
Ⅰ1mol    3mol         0
Ⅱm       n          pmol
對(duì)于溫度、體積一定的反應(yīng)，將初始物質(zhì)的加入量轉(zhuǎn)換為反應(yīng)物，必須是1mol N₂和3mol H₂的混合物，才等效，即m+p/2=1；n+3p/2=3，滿足此兩條件方可使平衡與題說(shuō)平衡完全相同，
故答案為：m+p/2=1；n+3p/2=3．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)可逆反應(yīng)和化學(xué)平衡狀態(tài)的理解以及利用題給信息將化學(xué)問(wèn)題以及內(nèi)在規(guī)律抽象為數(shù)學(xué)問(wèn)題，利用數(shù)學(xué)工具解決化學(xué)問(wèn)題的思維能力的綜合考查．做題時(shí)注意在定溫（T）、定容（V）條件建立的兩平衡體系中不僅同種物質(zhì)的百分含量相等，而且物質(zhì)的量濃度、物質(zhì)的量也分別相等，定溫（T）、定壓（P）條件建立的兩平衡體系中只需同種物質(zhì)的百分含量相等，物質(zhì)的量濃度、物質(zhì)的量不一定相同．