Question

20．恒温下，将a mol N₂与b mol H₂的混合气体通入一个V升固定容积的密闭容器中，发生如下反应：N₂ （g）+3H₂（g）═2NH₃（g）
（1）若反应进行到t分钟时，n_t（N₂）=13mol，n_t（NH₃）=6mol，计算a=16，反应速率V（H₂）=$\frac{9}{Vt}$ mol•L^-1•min^-1．
（2）下列描述中能表明反应已达到平衡状态的是③．
①混合气体的压强不变         ②混合气体的密度不变      ③混合气体的平均摩尔质量不变
④容器内N₂，H₂，NH₃的浓度之比为1：3：2    ⑤单位时间内生成n mol NH₃，同时生成N₂，H₂共2n mol
（3）反应达平衡时，混合气体的体积为716.8L（标况下），其中NH₃的含量（体积分数）为25%．计算平衡时NH₃的物质的量n（NH₃）=8mol，N₂和H₂的转化率之比，α（N₂）：α（H₂）=1：2．（写最简整数比）

Answer 1

分析 （1）根据生成氨气的物质的量，利用物质的量之比等于化学计量数之比计算参加反应的氮气的物质的量，t时刻时氮气的物质的量与参加反应的氮气的物质的量之和为a的值；根据v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$计算出用氨气表示的反应速率，然后利用化学反应速率与化学计量数成正比计算出用氢气表示的反应速率；
（2）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各组分的浓度、百分含量不再变化，据此进行判断；
（3）计算出混合气体总的物质的量，利用体积分数计算氨气的物质的量；原混合气体的物质的量减去氮气的物质的量为氢气的物质的量，然后计算出达到平衡时N₂和H₂的转化率，最后计算出N₂和H₂的转化率之比．

解答 解：（1）反应进行到t时，测的N₂为13mol，NH₃为6mol，由方程式可知，参加反应的氮气的物质的量为：6mol×$\frac{1}{2}$=3mol，故氮气的起始物质的量为：13mol+3mol=16mol，即a=16；
n_t（NH₃）=6mol，则用氨气表示的平均反应速率为：v（NH₃）=$\frac{\frac{6mol}{VL}}{tmin}$=$\frac{6}{Vt}$mol•L^-1•min^-1，根据反应速率与化学计量数成正比可知，v（H₂）=$\frac{3}{2}$v（NH₃）=$\frac{9}{Vt}$mol•L^-1•min^-1，
故答案为：16；$\frac{9}{Vt}$；
（2）①该反应为气体体积缩小的反应，反应过程中压强发生变化，当混合气体的压强不变时，表明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故①错误；
②反应前后气体的体积和总质量不变，则混合气体的密度始终不变，不能根据密度判断平衡状态，故②错误；
③该反应气体气体的总质量不变，气体总物质的量发生变化，则混合气体的平均摩尔质量发生变化，当平均摩尔质量不变时，表明该反应已经达到平衡状态，故③正确；
④容器内N₂，H₂，NH₃的浓度之比为1：3：2，无法判断各组分的浓度是否变化，则无法判断是否达到平衡状态，故④错误；
⑤单位时间内生成n mol NH₃，同时生成N₂，H₂共2n mol，无法判断氮气、氢气的物质的量，则无法判断平衡状态，故⑤错误；
故答案为：③；
（3）反应达平衡时，混合气体为：$\frac{716.8L}{22.4L/mol}$=32mol，其中NH₃的物质的量为：32mol×25%=8mol；
利用差量法计算：
       N₂ （g）+3H₂（g）?2NH₃（g），物质的量减少△n     
      1mol       3mol             2mol               2mol
转化：4mol    12mol         8mol                8mol
故原混合气体为：32mol+8mol=40mol，
由（1）知a=16mol，则b=40mol-16mol=24mol，
达到平衡时，N₂和H₂的转化率之比α（N₂）：α（H₂）=$\frac{4mol}{16mol}$：$\frac{12mol}{24mol}$=1：2，
故答案为：1：2．

点评 本题考查了化学平衡的计算，题目难度中等，涉及转化率、化学平衡状态、化学反应速率等知识，明确化学平衡及其影响为解答关键，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．