Question

化学移动平衡的问题

25.（6分）在一定温度下，向容积不变的容器中加入2 mol N2、8 mol H2 及固体催化剂，使之反应。已知：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)；△H＝－92.2 kJ·mol－1。平衡时，容器内气体压强为起始时的80％。

（1）反应达到平衡时，放出的热量__________。

A．小于92.2 kJ B．等于92.2 kJ C．大于92.2 kJ

（2）保持同一温度，在相同的容器中，若起始时加入2 mol NH3、1mol H2 及固体催化剂，反应达到平
衡时NH3的体积分数_______________。

A．等于0.25 B．大于0.25 C．小于0.25

（3）保持同一温度，在相同的容器中，起始通入一定物质的量N2、H2、NH3，欲使平衡时NH3的体积分数一定等于0.25。且起始时向正反应方向进行，则充
入N2的物质的量a（mol）的取值范围是______________。

（4）右图是T1℃时容器中NH3的物质的量随时间的变化曲线，
请在该图中补画出该反应在T2℃（T2＞T1）时n(NH3)的
变化曲线。

请帮忙解答一下第三小题，需具体过程，越具体越好。

Answer 1

先根据压强改变来求生成NH3的量 。反应后压强为原压强的80%，说明反应后体系里有8mol的气体。根据反应式我们可知，生成了2mol的NH3，还余下1molN2，5molH2。因此反应放出的热就是答案B
再来解决第二问 先把2molNH3转化成1molN2和3molH2，那么相当于容器中刚开始充入1molN2和4molH2，为了达到等效平衡，先假设在体积为原容器一半的体系里反应，那么反应平衡后NH3的体积分数为25%。平衡后再扩大体积一半，达到题目给定的体积，那么相当于减小压强，反应朝压强增大方向（也就是体积增大方向）进行，即朝逆反应方向进行，使得NH3体积分数减小，因此答案为C
第三问，要达到25%的体积分数，说明加入各气体的量经过转换后要跟原始条件一样，才能达到等效平衡。所以转换后应该是有2molN2和8molH2，那么首先可以确定的是a小于2。因为根据题意，还充入了NH3，所以a不可能等于2. 我们再回过头看题目提供的信息，达到平衡时，N2的量为1mol，为了确保反应起始时正方向进行，所以a必须大于1. 因此我们可得到a的取值范围为1<a<2.

Answer 2

(1)
N2 + 3H2 = 2NH3
2 8 0 (起始时)
2-x 8-3x 2x (平衡时; 假定消耗x mol N2)
等温等容, 压强与物质的量成正比: (2-x + 8-3x + 2x)/(2+8) = 80%
x = 1
生成NH3 2x = 2 mol, 恰好放出热量92.2 kJ
答案B
设容积为V L, 平衡常数为
K = (2/V)^2/[(1/V}(5/V)^3] = 4V^2/125

(2).
假定平衡时NH3的体积分数等于0.25, 然后将Q = [NH3]^2/([N2]*[H2]^3)与K比较
N2 + 3H2 = 2NH3
0 1 2 (起始时)
x/2 1+3x/2 2 -x (假定消耗x mol NH3)
(2-x)/(x/2 + 1+3x/2 + 2 -x) = (2-x)/(3+x) = 0.25
x = 1
N2: 0.5 mol, H2: 2.5 mol, NH3: 1 mol
Q = [NH3]^2/([N2]*[H2]^3) = (1/V)^2/[(0.5/V)(2.5/V)^3 = 16V^2/125 > K
说明NH3的体积分数等于0.25时, 体系不平衡; [NH3]偏大, NH3的体积分数小于0.25
答案C

(3)
N2 + 3H2 = 2NH3
a b c (起始时)
a-x b-3x c+2x (假定消耗x mol N2, x>0)
(c+2x)/(a-x+b-3x+c+2x) = (c+2x)/(a+b+c-2x) = 0.25
10x = a + b -3c > 0
a+b > 3c
起始时向正反应方向进行:
Q = [NH3]^2/([N2]*[H2]^3) = (c/V)^2/[(a/V)(b/V)^3 = c^2V^2/(ab^3) < 4V^2/125
c^2/(ab^3) < 4/125
a > 125c^2/(4b^3)
即a至少要同时满足a+b > 3c 和a > 125c^2/(4b^3)

Answer 3

手机发帖，不知是否能看清楚答案……由于地方有限，解释有点简略，丛中涉及到化学平衡的化学计量数性质。等效平衡的转换能力，不知你了解多少，既然其它几个问你懂了，这解释应该可以接受得了的，还有问题可以补问！