Question

18．恒温条件下，在2L密闭恒容容器中，充入1mol N₂和3mol H₂，一定条件下发生合成氨反应，2min时达到平衡，测得平衡混合气体中NH₃的体积分数为25%，求：
（1）v（H₂）=0.3mol/（L．min）；
（2）N₂的转化率40%；
（3）H₂在平衡时的体积分数=56.25%；
（4）平衡时容器的压强与起始时压强之比=4：5．

Answer 1

分析 合成氨方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），恒温恒容条件下，气体的体积之比等于物质的量之比，
（1）设参加反应的氮气物质的量为xmol，
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
开始1mol 3mol     0
反应xmol 3xmol    2xmol
平衡（1-x）mol3（1-x）mol2xmol
测得平衡混合气体中NH₃的体积分数为25%，恒温恒容条件下，气体的体积之比等于物质的量之比，则氨气在混合气体中物质的量分数为25%，所以$\frac{2xmol}{[（1-x）+3（1-x）+2x]mol}×100%$=25%，x=0.4，
则v（N₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.4mol}{2L}}{2min}$=0.1mol/（L．min），同一可逆反应同一时间段内各物质的反应速率之比等于其计量数之比，据此计算氢气反应速率；
（2）转化率=$\frac{参加反应的物质的量}{反应初始物质的量}×100%$；
（3）平衡时氢气体积分数等于氢气物质的量分数；
（4）恒温恒容条件下，气体的压强之比等于物质的量之比．

解答 解：合成氨方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），恒温恒容条件下，气体的体积之比等于物质的量之比，
（1）设参加反应的氮气物质的量为xmol，
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
开始1mol 3mol     0
反应xmol 3xmol    2xmol
平衡（1-x）mol3（1-x）mol2xmol
测得平衡混合气体中NH₃的体积分数为25%，恒温恒容条件下，气体的体积之比等于物质的量之比，则氨气在混合气体中物质的量分数为25%，所以$\frac{2xmol}{[（1-x）+3（1-x）+2x]mol}×100%$=25%，x=0.4，
则v（N₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.4mol}{2L}}{2min}$=0.1mol/（L．min），同一可逆反应同一时间段内各物质的反应速率之比等于其计量数之比，所以v（H₂）=3v（N₂）=3×0.1mol/（L．min）=0.3mol/（L．min），
故答案为：0.3mol/（L．min）；
（2）氮气的转化率=$\frac{参加反应的物质的量}{反应初始物质的量}×100%$=$\frac{0.4mol}{1mol}×100%$=40%，
故答案为：40%；
（3）平衡时氢气体积分数等于氢气物质的量分数，则氢气体积分数=$\frac{3×（1-0.4）mol}{[（1-0.4）+3（1-0.4）+2×0.4]mol}×100%$=56.25%，
故答案为：56.25%；
（4）反应前气体物质的量之和=（1+3）mol=4mol，反应后气体物质的量之和=[（1-0.4）+3（1-0.4）+2×0.4]mol=3.2mol，恒温恒容条件下，气体的压强之比等于物质的量之比，所以平衡时压强与起始时压强之比=3.2mol：4mol=4：5，故答案为：4：5．

点评 本题考查化学平衡计算，侧重考查学生分析计算能力，利用三段式法进行分析计算即可，易错点是（4）题，注意恒温恒容条件下物质的量与压强关系，题目难度不大．