Question

11．在一定溫度下，把1mol N₂和3mol H₂通入一個密閉容器里，發生如下反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）   當此反應進行到一定程度時，反應混合物就處于化學平衡狀態．現在該容器中保持溫度不變，令m，n，p分別代表初始加入的N₂，H₂和NH₃的物質的量（mol），如果m，n，p取不同的數值，它們必須滿足一定的關系，才能保證達到平衡時反應混合物中三種氣體的百分含量仍跟上述平衡時的完全相同．請填寫下列空白：
（1）若保持溫度、體積一定，當m=0，n=0時，p=2．若保持溫度、壓強一定，當m=0，n=0時，p=任意值．
（2）若保持溫度、體積一定，當p=0.1時，m=0.95，n=2.85．若保持溫度、壓強一定，當p=0.1時，m，nm，n是任意值，且m：n=1：3．
（3）在溫度、體積一定時，m，n，p必須滿足的一般條件是（請用兩個方程式表示，其中一個只含m和p，另一個只含n和p）：m+p/2=1；n+3p/2=3．

Answer 1

分析 達到平衡時反應混合物中三種氣體的百分含量仍跟上述平衡時的完全相同，即為等效平衡，對于平衡狀態的建立，只與條件相關，即與溫度、壓強（或容器的容積）、反應物或生成物的起始量的相對關系有關，而與反應進行的方向無關．設起始時1摩N₂和3摩H₂為Ⅰ狀態，其它條件為Ⅱ狀態，溫度不變，體積不變時，根據改變起始加入量情況，則只要通過可逆反應的化學計量數比換算（極限假設轉換）成反應方程式左（或右）的同一邊物質的物質的量與原平衡相同即可；
對于溫度、壓強一定的反應，初始態是1mol N₂和3mol H₂的混合物，將初始物質的加入量轉換為反應物，只要與開始加入反應物比值相等，即等效，據此分析．

解答 解：設起始時1摩N₂和3摩H₂為Ⅰ狀態，其它條件為Ⅱ狀態，溫度不變，體積不變時，根據改變起始加入量情況，則只要通過可逆反應的化學計量數比換算（極限假設轉換）成反應方程式左（或右）的同一邊物質的物質的量與原平衡相同即可；
對于溫度、壓強一定的反應，初始態是1mol N₂和3mol H₂的混合物，將初始物質的加入量轉換為反應物，只要與開始加入反應物比值相等，即等效，利用方程式求解：
（1）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
Ⅰ1mol    3mol         0
Ⅱ0     0           pmol
根據方程式可知：2 mol NH₃相當于1 mol N₂和3mol H₂，故p=2 mol．
設起始時1摩N₂和3摩H₂為Ⅰ狀態，其它條件為Ⅱ狀態，溫度、壓強不變時，
     N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
Ⅰ1mol    3mol         0
Ⅱ0     0           pmol
p為任何值，其轉化為氮氣和氫氣的物質的量之比與開始時相同，
故答案為：2；任意值；
（2）對于溫度、體積一定的反應，將初始物質的加入量轉換為反應物，必須是1mol N₂和3mol H₂的混合物，才等效，初始態包含了三種氣態物質，此時需要進行思維轉換，將初始物質的加入量轉換為相當于m=1，n=3就可以達到題設的平衡狀態．現在p=0.1，則m=0.95，n=2.85；對于溫度、壓強一定的反應，將初始物質的加入量轉換為反應物，只要與開始加入反應物比值相等，即等效，所以m，n可以是任意值，且m：n=1：3，
故答案為：0.95；2.85；m，n是任意值，且m：n=1：3；
（3）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
Ⅰ1mol    3mol         0
Ⅱm       n          pmol
對于溫度、體積一定的反應，將初始物質的加入量轉換為反應物，必須是1mol N₂和3mol H₂的混合物，才等效，即m+p/2=1；n+3p/2=3，滿足此兩條件方可使平衡與題說平衡完全相同，
故答案為：m+p/2=1；n+3p/2=3．

點評 本題是對可逆反應和化學平衡狀態的理解以及利用題給信息將化學問題以及內在規律抽象為數學問題，利用數學工具解決化學問題的思維能力的綜合考查．做題時注意在定溫（T）、定容（V）條件建立的兩平衡體系中不僅同種物質的百分含量相等，而且物質的量濃度、物質的量也分別相等，定溫（T）、定壓（P）條件建立的兩平衡體系中只需同種物質的百分含量相等，物質的量濃度、物質的量不一定相同．