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，nt（N2）＝13mol，nt（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

【解析】（1）N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）

n始/mol: a b 0

n轉/mol: x 6

nt/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。