Question

常溫下，將amol N₂與bmol H₂的混合氣體通入一個固定容積的密閉容器中，發生如下反應：N₂（g）＋3H₂（g）??2NH₃（g）。
（1）若反應進行到某時刻t時，n_t（N₂）＝13mol，n_t（NH₃）＝6mol，則a的值為________。
（2）反應達到平衡時，混合氣體的體積為716.8 L（標準狀況下），其中NH₃的體積分數為25%，計算平衡時NH₃的物質的量為_____。
（3）原混合氣體與平衡混合氣體的總物質的量之比（寫最簡整數化，下同）n_始∶n_平＝________。
（4）原氣體中a∶b＝________。
（5）達到平衡時混合氣體中，n（N₂）∶n（H₂）∶n（NH₃）＝________。

Answer 1

（1）16　（2）8mol　（3）5∶4　（4）2∶3　（5）3∶3∶2

（1）N₂（g）＋3H₂（g）2NH₃（g）
n_始/mol: a         b            0
n_轉/mol: x                        6
n_t/mol: 13                        6
根據上述關系，解得x＝3，所以a＝13＋3＝16。
（2）平衡時，n（NH₃）＝716.8 L÷22.4 L·mol^－1×25%＝32mol×25%＝8mol。
（3）可利用差量法計算。假設反應過程中混合氣體總物質的量減少y。
N₂（g）＋3H₂（g）2NH₃（g）　Δn
1mol   3mol      2mol   2mol
8mol     y
解得y＝8mol，所以，原混合氣體總物質的量為716.8 L÷22.4 L·mol^－1＋8mol＝40mol。原混合氣體與平衡混合氣體總物質的量之比為40∶32＝5∶4。
（4）前面已計算出原混合氣體中a＝16，所以H₂的物質的量b＝40－16＝24。所以a∶b＝16∶24＝2∶3。
（5）反應過程中各物質的物質的量如下：
N₂（g）＋3H₂（g）2NH₃（g）
n_始/mol: 16      24           0
n_轉/mol: 4        12           8
n_平/mol: 12      12           8
根據以上數據，平衡混合氣體中，n（N₂）∶n（H₂）∶n（NH₃）＝12∶12∶8＝3∶3∶2。