Question

12．工業(yè)合成氨的反應為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）．設在容積為2.0L的密閉容器中充入0.60mol N₂（g）和1.60mol H₂（g），反應經(jīng)過20分鐘在一定條件下達到平衡時，NH₃的物質的量分數(shù)（NH₃的物質的量與反應體系中總的物質的量之比）為$\frac{4}{7}$計算：
（1）H₂在20分鐘內(nèi)的平均反應速率為0.03mol/（L•min）；
（2）該條件下N₂的平衡轉化率為66.7%；（小數(shù)點后保留一位）
（3）該條件下反應2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數(shù)為0.005．（不帶單位）

Answer 1

分析 令參加反應的氮氣的物質的量為nmol，根據(jù)三段式用n表示出各組分的物質的量的變化量、平衡時各組分的物質的量，再根據(jù)NH₃的物質的量分數(shù)，列方程計算n的值；
（1）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算反應速率；
（2）根據(jù)轉化率的定義計算該條件下N₂的平衡轉化率；
（3）平衡常數(shù)指生成物濃度的系數(shù)次冪之積與反應物濃度系數(shù)次冪之積的比值，平衡常數(shù)k=$\frac{c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）•c（N{\;}_{2}）}{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3）}}$，相同溫度下，同一可逆反應的正逆平衡常數(shù)互為倒數(shù)關系．

解答 解：對于反應N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）
開始（mol）：0.6     1.6               0
變化（mol）：n       3n                2n
平衡（mol）：0.6-n   1.6-3n            2n
所以$\frac{2nmol}{（o.6-n）mol+（1.6-3n）mol+2nmol}$=$\frac{4}{7}$，解得n=0.4，
（1）由上面的分析可知，平衡時氫氣轉化的物質的量為0.4mol×3=1.2mol，所以H₂在20分鐘內(nèi)的平均反應速率為$\frac{\frac{1.2mol}{2.0L}}{20min}$=0.03mol/（L•min），
故答案為：0.03mol/（L•min）；
（2）由三段式解題法計算可知，平衡時參加反應的氮氣的物質的量為0.4mol，
起始時，氮氣的物質的量為0.6mol，
所以該條件下N2的平衡轉化率為$\frac{0.4mol}{0.6mol}$×100%=66.7%，
故答案為：66.7%；
②由三段式解題法計算可知，平衡時，c（N₂）=$\frac{（0.6-0.4）mol}{2L}$=0.1mol/l；c（H₂）=$\frac{（1.6-3×0.4）mol}{2L}$=0.2mol/l； c（NH₃）=$\frac{2×0.4mol}{2L}$=0.4mol/l．
所以該條件下反應2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數(shù)k=$\frac{c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）•c（N{\;}_{2}）}{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3）}}$=$\frac{0.2{\;}^{3}×0.1}{0.4{\;}^{2}}$=0.005，
故答案為：0.005．

點評 本題考查平衡移動與計算、平衡常數(shù)等，難度中等，注意三段式解題法的利用，掌握基礎是解題關鍵．