Question

可逆反應(yīng) N₂+H₂?2NH₃ 是一個放熱反應(yīng)．有甲、乙兩個完全相同的容器，向甲容器中加入1mol N₂和3mol H₂，在一定條件下，達平衡時放出的熱量為Q₁；在相同條件下，向乙容器加入2mol NH₃，達平衡時，吸收的熱量為Q₂．已知Q₂=4Q₁，則甲容器中，H₂的轉(zhuǎn)化率為（ ）
A．20%
B．25%
C．75%
D．80%

Answer 1

【答案】分析：由于1molN₂和3molH₂完全反應(yīng)可以生成2molNH₃，所以甲乙兩個體系的平衡狀態(tài)是一樣的，即對應(yīng)氣體的濃度完全相同． 對于同一可逆反應(yīng)，相同條件下，正反應(yīng)的反應(yīng)熱與逆反應(yīng)的反應(yīng)熱，數(shù)值相等，符號相反，N₂和H₂完全反應(yīng)時放熱Q，則NH₃完全分解時吸熱也是Q，
根據(jù)三段式利用x表示出平衡時甲容器內(nèi)反應(yīng)混合物各組分的物質(zhì)的量為 N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，放出熱量Q₁=xQkJ；
則乙容器反應(yīng)混合物各組分的物質(zhì)的量也是為 N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，所以分解的NH₃的物質(zhì)的量為（2-2x）mol，吸收熱量（1-x）QkJ，利用Q₂=4Q₁，列放出求出x的值，轉(zhuǎn)化的H₂為3x，利用轉(zhuǎn)化率定義計算．
解答：解：由于1molN₂和3molH₂完全反應(yīng)可以生成2molNH₃，所以甲乙兩個體系的平衡狀態(tài)是一樣的，即三種氣體的濃度完全相同，對于同一可逆反應(yīng)，相同條件下，正反應(yīng)的反應(yīng)熱與逆反應(yīng)的反應(yīng)熱，數(shù)值相等，符號相反．N₂和H₂完全反應(yīng)時放熱Q，則NH₃完全分解時吸熱也是Q，
假設(shè)甲容器中的參加反應(yīng)的氮氣的物質(zhì)的量為xmol，所以：
對于甲容器：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-QkJ/mol
起始（mol）：1      3        0
變化（mol）：x      3x       2x
平衡（mol）：1-x    3-3x     2x
所以Q₁=xQkJ，
乙容器反應(yīng)混合物各組分的物質(zhì)的量也是為N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，所以分解的NH₃的物質(zhì)的量為（2-2x）mol，
對于乙容器：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H=+QkJ/mol，故吸收的熱量Q₂=QkJ=（1-x）QkJ，
所以（1-x）Q=4xQ，解得x=0.2，所以H₂的轉(zhuǎn)化率為=20%，
故選A．
點評：本題考查化學(xué)平衡的計算，題目難度中等，做題時注意等效平衡的理解和運用．