Question

合成氨是重要的化學工業，為了研究合成氨的反應原理，在一密閉容器內充入1mol N₂和2mol H₂，在一定條件下，使之發生如下反應：N₂+3H₂?2NH₃．
Ⅰ：若維持溫度不變，且密閉容器的容積固定為1L．
（1）當此反應經過2min達到平衡狀態時，測得反應混合物中NH₃的物質的量為0.2moL，則H₂在2min內的平均反應速率為

0.15mol?L^-1?min^-1

．
（2）如果開始時，向該容器內加入0.5moL N₂，要使反應混合物中三種氣體的物質的量分數仍與上述平衡時的完全相同，則還必須加入H₂

0.5

mol和NH₃

1.0

mol．
（3）如果開始時加入N₂、H₂、NH₃的物質的量分別為a mol、b mol、c mol，要使反應達到平衡狀態時，反應混合物中三種氣體的物質的量分數仍與（1）平衡時完全相同，則a、b、c應滿足的一般條件是（a、b分別用含c的方程式表示）

a+

1

2

mol=1、b+

3

2

mol=2

．
Ⅱ：若溫度維持不變，體系壓強維持與Ⅰ相同，密閉容器的容積由1L隨反應進行而改變．
（4）開始時加入1mol N₂和2mol H₂，經過一段時間，容器中三種氣體的物質的量分數不再發生變化時，則NH₃的物質的量為

甲

（選填一個編號）
（甲）大于0.2mol     （乙）等于0.2mol
（丙）小于0.2mol     （丁）可能大于、等于或小于0.2mol
作出此判斷的理由是

由于溫度不變，隨著反應的進行，容器的體積縮小，體系的壓強比平衡（1）時增大，平衡向著正向移動

．

Answer 1

分析：（1）根據化學反應方程式計算出消耗的氫氣的物質的量，再計算出H₂在2min內的平均反應速率；
（2）根據等效平衡，將氨氣的物質的量全部轉化為氮氣、氫氣，滿足1mol N₂和2mol H₂；
（3）根據等效平衡，將氨氣的物質的量a全部轉化為氮氣、氫氣，滿足1mol N₂和2mol H₂；
（4）恒壓條件下反應，壓強增大，合成氨的化學平衡向著正向移動．

解答：解：（1）反應混合物中NH₃的物質的量為0.2moL，N₂+3H₂?2NH₃，反應消耗了0.3mol氫氣，H₂在2min內的平均反應速率為：

0.3mol 1L

2min

=0.15mol?L^-1?min^-1，
故答案為：0.15mol?L^-1?min^-1；
（2）向該容器內加入0.5moL N₂，要使反應混合物中三種氣體的物質的量分數仍與上述平衡時的完全相同，即為等效平衡，所以需要滿足，按照方程式的化學計量數將氨氣的物質的量轉化為氮氣、氫氣，物質的量分別為1mol N₂和2mol H₂，
先有0.5mol氮氣，還差0.5mol氮氣，需要氨氣的物質的量為0.5mol×2=1mol；氨氣轉化為氫氣的物質的量為1.5mol，還差0.5mol，
故答案為：0.5；1.0；
（3）如果開始時加入N₂、H₂、NH₃的物質的量分別為a mol、b mol、c mol，要使反應達到平衡狀態時，反應混合物中三種氣體的物質的量分數仍與（1）平衡時完全相同，即為等效平衡，將氨氣的物質的量a全部轉化為氮氣、氫氣，滿足1mol N₂和2mol H₂，根據反應方程式N₂+3H₂?2NH₃，cmol氨氣轉化為氮氣、氫氣物質的量為：

1

2

mol、

3

2

mol，a+

1

2

mol=1、b+

3

2

mol=2，
故答案為：a+

1

2

mol=1、b+

3

2

mol=2；
（4）由于溫度不變，隨著反應的進行，容器的體積縮小，體系的壓強比平衡（1）時增大，平衡向著正向移動，平衡時氨氣的物質的量大于0.2mol，
故答案為：甲；由于溫度不變，隨著反應的進行，容器的體積縮小，體系的壓強比平衡（1）時增大，平衡向著正向移動．

點評：本題考查了化學平衡的建立過程，注意等效平衡知識的理解及應用，本題難度中等．