Question

18．恒溫條件下，在2L密閉恒容容器中，充入1mol N₂和3mol H₂，一定條件下發(fā)生合成氨反應，2min時達到平衡，測得平衡混合氣體中NH₃的體積分數(shù)為25%，求：
（1）v（H₂）=0.3mol/（L．min）；
（2）N₂的轉化率40%；
（3）H₂在平衡時的體積分數(shù)=56.25%；
（4）平衡時容器的壓強與起始時壓強之比=4：5．

Answer 1

分析 合成氨方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），恒溫恒容條件下，氣體的體積之比等于物質的量之比，
（1）設參加反應的氮氣物質的量為xmol，
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始1mol 3mol     0
反應xmol 3xmol    2xmol
平衡（1-x）mol3（1-x）mol2xmol
測得平衡混合氣體中NH₃的體積分數(shù)為25%，恒溫恒容條件下，氣體的體積之比等于物質的量之比，則氨氣在混合氣體中物質的量分數(shù)為25%，所以$\frac{2xmol}{[（1-x）+3（1-x）+2x]mol}×100%$=25%，x=0.4，
則v（N₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.4mol}{2L}}{2min}$=0.1mol/（L．min），同一可逆反應同一時間段內各物質的反應速率之比等于其計量數(shù)之比，據此計算氫氣反應速率；
（2）轉化率=$\frac{參加反應的物質的量}{反應初始物質的量}×100%$；
（3）平衡時氫氣體積分數(shù)等于氫氣物質的量分數(shù)；
（4）恒溫恒容條件下，氣體的壓強之比等于物質的量之比．

解答 解：合成氨方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），恒溫恒容條件下，氣體的體積之比等于物質的量之比，
（1）設參加反應的氮氣物質的量為xmol，
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始1mol 3mol     0
反應xmol 3xmol    2xmol
平衡（1-x）mol3（1-x）mol2xmol
測得平衡混合氣體中NH₃的體積分數(shù)為25%，恒溫恒容條件下，氣體的體積之比等于物質的量之比，則氨氣在混合氣體中物質的量分數(shù)為25%，所以$\frac{2xmol}{[（1-x）+3（1-x）+2x]mol}×100%$=25%，x=0.4，
則v（N₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.4mol}{2L}}{2min}$=0.1mol/（L．min），同一可逆反應同一時間段內各物質的反應速率之比等于其計量數(shù)之比，所以v（H₂）=3v（N₂）=3×0.1mol/（L．min）=0.3mol/（L．min），
故答案為：0.3mol/（L．min）；
（2）氮氣的轉化率=$\frac{參加反應的物質的量}{反應初始物質的量}×100%$=$\frac{0.4mol}{1mol}×100%$=40%，
故答案為：40%；
（3）平衡時氫氣體積分數(shù)等于氫氣物質的量分數(shù)，則氫氣體積分數(shù)=$\frac{3×（1-0.4）mol}{[（1-0.4）+3（1-0.4）+2×0.4]mol}×100%$=56.25%，
故答案為：56.25%；
（4）反應前氣體物質的量之和=（1+3）mol=4mol，反應后氣體物質的量之和=[（1-0.4）+3（1-0.4）+2×0.4]mol=3.2mol，恒溫恒容條件下，氣體的壓強之比等于物質的量之比，所以平衡時壓強與起始時壓強之比=3.2mol：4mol=4：5，故答案為：4：5．

點評 本題考查化學平衡計算，側重考查學生分析計算能力，利用三段式法進行分析計算即可，易錯點是（4）題，注意恒溫恒容條件下物質的量與壓強關系，題目難度不大．