Question

可逆反应 N₂+H₂?2NH₃ 是一个放热反应．有甲、乙两个完全相同的容器，向甲容器中加入1mol N₂和3mol H₂，在一定条件下，达平衡时放出的热量为Q₁；在相同条件下，向乙容器加入2mol NH₃，达平衡时，吸收的热量为Q₂．已知Q₂=4Q₁，则甲容器中，H₂的转化率为（ ）
A．20%
B．25%
C．75%
D．80%

Answer 1

【答案】分析：由于1molN₂和3molH₂完全反应可以生成2molNH₃，所以甲乙两个体系的平衡状态是一样的，即对应气体的浓度完全相同． 对于同一可逆反应，相同条件下，正反应的反应热与逆反应的反应热，数值相等，符号相反，N₂和H₂完全反应时放热Q，则NH₃完全分解时吸热也是Q，
根据三段式利用x表示出平衡时甲容器内反应混合物各组分的物质的量为 N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，放出热量Q₁=xQkJ；
则乙容器反应混合物各组分的物质的量也是为 N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，所以分解的NH₃的物质的量为（2-2x）mol，吸收热量（1-x）QkJ，利用Q₂=4Q₁，列放出求出x的值，转化的H₂为3x，利用转化率定义计算．
解答：解：由于1molN₂和3molH₂完全反应可以生成2molNH₃，所以甲乙两个体系的平衡状态是一样的，即三种气体的浓度完全相同，对于同一可逆反应，相同条件下，正反应的反应热与逆反应的反应热，数值相等，符号相反．N₂和H₂完全反应时放热Q，则NH₃完全分解时吸热也是Q，
假设甲容器中的参加反应的氮气的物质的量为xmol，所以：
对于甲容器：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-QkJ/mol
起始（mol）：1      3        0
变化（mol）：x      3x       2x
平衡（mol）：1-x    3-3x     2x
所以Q₁=xQkJ，
乙容器反应混合物各组分的物质的量也是为N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，所以分解的NH₃的物质的量为（2-2x）mol，
对于乙容器：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H=+QkJ/mol，故吸收的热量Q₂=QkJ=（1-x）QkJ，
所以（1-x）Q=4xQ，解得x=0.2，所以H₂的转化率为=20%，
故选A．
点评：本题考查化学平衡的计算，题目难度中等，做题时注意等效平衡的理解和运用．