Question

某温度下，向某密闭容器中加入1mol氮气和3mol氢气，使之反应合成氨，平衡后，测得氨的体积分数为m。若温度不变，只改变起始加入量，使之反应重新达平衡后，氨的体积分数仍然为m。若氮气、氢气和氨的加入量用x，y，z表示，应满足：
（1）温度、体积恒定时：若x=0，y=0则z=_______。温度、压强恒定时：若x=0，y=0则z_______。
（2）温度、体积恒定时：若x=0.75mol，y_______，z_______。温度、压强恒定时：若x=0.75mol，y_______，z_______。
（3）温度、压强恒定时：x，y，z应满足的关系是__________。

Answer 1

（1）温度、体积恒定时：z=2mol，温度、压强恒定时：z＞0。
（2）温度、体积恒定时：y=2.25mol，z=0.5mol，
温度、压强恒定时：y=2.25mol，z≥0。
（3）温度、压强恒定时：x，y，z应满足的关系是y=3x，z≥0。

【错解分析】（1）温度、压强恒定时：z=2mol
（2）温度、压强恒定时：z=0
（3）温度、压强恒定时：y=3x，z=2-2x
【正解】温度、体积恒定时，为了使达到平衡时氨的体积分数保持不变，加入的量必须和初始加入的量相当，即全为反应物应是1mol氮气和3mol氢气；全为生成物应是2mol氨气（若反应物、生成物皆有，折算为上述量）。但遇到温度、压强恒定时，由于思维定势，往往也取相当量，只能得出所有满足条件中的一个特殊情况。
实际上为了满足温度、压强恒定，只需根据体积大小，加入与初始相当的量即可满足题目的要求。如：假设本题的初始体积为VL，加入1mol氮气和3mol氢气，平衡后，测得氨的体积分数为m。而当体积改为2VL时，应加入2mol氮气和6mol氢气（或4mol氨，或其他相当的量），相当于每VL里仍加入1mol氮气和3mol氢气，平衡后，氨的体积分数不变，仍为m；……。因此，z的取值由体积大小而定，若无反应物，z为大于零的任意值；若有反应物，z为大于等于零的任意值。