Question

11．在一定温度下，把1mol N₂和3mol H₂通入一个密闭容器里，发生如下反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）   当此反应进行到一定程度时，反应混合物就处于化学平衡状态．现在该容器中保持温度不变，令m，n，p分别代表初始加入的N₂，H₂和NH₃的物质的量（mol），如果m，n，p取不同的数值，它们必须满足一定的关系，才能保证达到平衡时反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时的完全相同．请填写下列空白：
（1）若保持温度、体积一定，当m=0，n=0时，p=2．若保持温度、压强一定，当m=0，n=0时，p=任意值．
（2）若保持温度、体积一定，当p=0.1时，m=0.95，n=2.85．若保持温度、压强一定，当p=0.1时，m，nm，n是任意值，且m：n=1：3．
（3）在温度、体积一定时，m，n，p必须满足的一般条件是（请用两个方程式表示，其中一个只含m和p，另一个只含n和p）：m+p/2=1；n+3p/2=3．

Answer 1

分析 达到平衡时反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时的完全相同，即为等效平衡，对于平衡状态的建立，只与条件相关，即与温度、压强（或容器的容积）、反应物或生成物的起始量的相对关系有关，而与反应进行的方向无关．设起始时1摩N₂和3摩H₂为Ⅰ状态，其它条件为Ⅱ状态，温度不变，体积不变时，根据改变起始加入量情况，则只要通过可逆反应的化学计量数比换算（极限假设转换）成反应方程式左（或右）的同一边物质的物质的量与原平衡相同即可；
对于温度、压强一定的反应，初始态是1mol N₂和3mol H₂的混合物，将初始物质的加入量转换为反应物，只要与开始加入反应物比值相等，即等效，据此分析．

解答 解：设起始时1摩N₂和3摩H₂为Ⅰ状态，其它条件为Ⅱ状态，温度不变，体积不变时，根据改变起始加入量情况，则只要通过可逆反应的化学计量数比换算（极限假设转换）成反应方程式左（或右）的同一边物质的物质的量与原平衡相同即可；
对于温度、压强一定的反应，初始态是1mol N₂和3mol H₂的混合物，将初始物质的加入量转换为反应物，只要与开始加入反应物比值相等，即等效，利用方程式求解：
（1）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
Ⅰ1mol    3mol         0
Ⅱ0     0           pmol
根据方程式可知：2 mol NH₃相当于1 mol N₂和3mol H₂，故p=2 mol．
设起始时1摩N₂和3摩H₂为Ⅰ状态，其它条件为Ⅱ状态，温度、压强不变时，
     N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
Ⅰ1mol    3mol         0
Ⅱ0     0           pmol
p为任何值，其转化为氮气和氢气的物质的量之比与开始时相同，
故答案为：2；任意值；
（2）对于温度、体积一定的反应，将初始物质的加入量转换为反应物，必须是1mol N₂和3mol H₂的混合物，才等效，初始态包含了三种气态物质，此时需要进行思维转换，将初始物质的加入量转换为相当于m=1，n=3就可以达到题设的平衡状态．现在p=0.1，则m=0.95，n=2.85；对于温度、压强一定的反应，将初始物质的加入量转换为反应物，只要与开始加入反应物比值相等，即等效，所以m，n可以是任意值，且m：n=1：3，
故答案为：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
对于温度、体积一定的反应，将初始物质的加入量转换为反应物，必须是1mol N₂和3mol H₂的混合物，才等效，即m+p/2=1；n+3p/2=3，满足此两条件方可使平衡与题说平衡完全相同，
故答案为：m+p/2=1；n+3p/2=3．

点评 本题是对可逆反应和化学平衡状态的理解以及利用题给信息将化学问题以及内在规律抽象为数学问题，利用数学工具解决化学问题的思维能力的综合考查．做题时注意在定温（T）、定容（V）条件建立的两平衡体系中不仅同种物质的百分含量相等，而且物质的量浓度、物质的量也分别相等，定温（T）、定压（P）条件建立的两平衡体系中只需同种物质的百分含量相等，物质的量浓度、物质的量不一定相同．