Question

可逆反應(yīng)N₂+3H₂2NH₃是一個(gè)放熱反應(yīng)．有甲、乙兩個(gè)完全相同的容器，向甲容器中加入1mol N₂和3mol H₂，在一定條件下，達(dá)平衡時(shí)放出的熱量為Q₁；在相同條件下，向乙容器加入2mol NH₃，達(dá)平衡時(shí)，吸收的熱量為Q₂．已知Q₂=3Q₁，則甲容器中H₂的轉(zhuǎn)化率為（　　）

A．20%

B．25%

C．75%

D．80%

Answer 1

分析：由于1molN₂和3molH₂完全反應(yīng)可以生成2molNH₃，所以甲乙兩個(gè)體系的平衡狀態(tài)是一樣的，即三種氣體的濃度完全相同． 等于同一可逆反應(yīng)，相同條件下，正反應(yīng)的反應(yīng)熱與逆反應(yīng)的反應(yīng)熱，數(shù)值相等，符號(hào)相反．N₂和H₂完全反應(yīng)時(shí)放熱Q，則NH₃完全分解時(shí)吸熱也是Q．假設(shè)甲容器中的參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為xmol，根據(jù)三段式利用x表示出平衡時(shí)甲容器內(nèi)反應(yīng)混合物各組分的物質(zhì)的量為 N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，放出熱量Q₁=xQkJ；
則乙容器反應(yīng)混合物各組分的物質(zhì)的量也是為 N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，所以分解的NH₃的物質(zhì)的量為（2-2x）mol，吸收熱量（1-x）QkJ，利用Q₂=3Q₁，列放出求出x的值，轉(zhuǎn)化的H₂為3x，利用轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算．

解答：由于1molN₂和3molH₂完全反應(yīng)可以生成2molNH₃，所以甲乙兩個(gè)體系的平衡狀態(tài)是一樣的，即三種氣體的濃度完全相同． 等于同一可逆反應(yīng)，相同條件下，正反應(yīng)的反應(yīng)熱與逆反應(yīng)的反應(yīng)熱，數(shù)值相等，符號(hào)相反．N₂和H₂完全反應(yīng)時(shí)放熱Q，則NH₃完全分解時(shí)吸熱也是Q，
假設(shè)甲容器中的參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為xmol，所以：
對(duì)于甲容器：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-QkJ/mol
起始（mol）：1      3        0
變化（mol）：x      3x       2x
平衡（mol）：1-x    3-3x     2x
所以Q₁=xQkJ
則乙容器反應(yīng)混合物各組分的物質(zhì)的量也是為 N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，所以分解的NH₃的物質(zhì)的量為（2-2x）mol，
對(duì)于乙容器：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H=+QkJ/mol
開(kāi)始（mol）：2        0       0
變化（mol）：2-2x    1-x     3-3x
平衡（mol）：2x      1-x     3-3x     
所以Q₂=

2-2x

2

QkJ=（1-x）QkJ．
所以（1-x）Q=3xQ，解得x=0.25
所以H₂的轉(zhuǎn)化率為

3mol×0.25

3mol

=25%
故選：B．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算，題目難度中等，做題時(shí)注意等效平衡的理解和運(yùn)用．