Question

1．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．测得平衡时N₂的转化率为40%，求：
（1）NH₃的平衡浓度；                 
（2）该温度下的平衡常数K；
（3）H₂在平衡混合气体中的体积分数；   
（4）平衡时容器的压强与起始时压强之比．

Answer 1

分析 平衡时氮气的转化率为40%，据此可以计算出反应消耗的氮气的物质的量，然后利用化学平衡的三段式分别计算出起始、转化及平衡时各组分的物质的量，
（1）根据c=$\frac{n}{V}$计算出氨气的平衡浓度；
（2）分别计算出达到平衡时各组分的浓度，然后根据平衡常数的表达式计算出该反应的平衡常数；
（3）相同条件下气体的体积与物质的量成正比，据此计算出H₂在平衡混合气体中的体积分数；
（4）相同条件下气体的压强与物质的量成正比，根据反应前后气体的物质的量计算出平衡时容器内的压强与起始时压强之比．

解答 解：平衡时氮气的转化率为40%，则反应达到平衡时消耗氮气的物质的量为：1mol×40%=0.4mol，
  N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始（mol）：1       3         0
转化（mol）：0.4    1.2       0.8
平衡（mol）：0.6    1.8       0.8
（1）NH₃的平衡浓度为：c（NH₃）=$\frac{0.8mol}{2L}$=0.4 mol∕L，
答：NH₃的平衡浓度为：0.4 mol∕L；  
（2）达到平衡时各组分浓度为：c（NH₃）=$\frac{0.8mol}{2L}$=0.4 mol∕L、c（H₂）=$\frac{1.8mol}{2L}$=0.9mol、c（N₂）=$\frac{0.6mol}{2L}$=0.3mol/L，
则该反应的平衡常数为：K=$\frac{0．{4}^{2}}{0．{9}^{3}×0.3}$=0.73，
答：该温度下的平衡常数为0.73；
（3）相同条件下气体的体积之比等于其物质的量之比，则平衡时中H₂体积分数为：$\frac{1.8mol}{1.8mol+0.6mol+0.8mol}$×100%=56.25%，
答：H₂在平衡混合气体中的体积分数56.25%；
（4）相同条件下气体的压强之比等于物质的量之比，P_后：P_前=n_后：n_前=（1.8mol+0.6mol+0.8mol）：4mol=4：5，
答：平衡时容器的压强与起始时压强之比为4：5．

点评 本题考查了化学平衡的有关计算，涉及平衡常数、转化率、体积分数的计算，题目难度中等，试题计算量较大、知识点较多，注意掌握化学平衡的三段式在计算中的应用方法．