Question

在恒温恒容的密闭容器中，通入x mol N₂和y mol H₂发生如下反应：N₂+3H₂2NH₃，，平衡后，测得反应放出的热量为18.4kJ，混合气体总的物质的量为3.6mol，容器内的压强变为原来的90%．又知N₂和H₂的转化率相同．
（1）通过计算说明起始充入N₂和H₂的物质的量分别为：x=

1

，y=

3

．平衡后NH₃的体积分数

1

9

（2）写出该反应的热化学方程式

N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92kJ/mol

．
（3）如果把上述反应在恒温恒压的条件下反应放出的热量应该

大于

18.4kJ（填大于、小于或等于）．
（4）若起始加入N₂、H₂和NH₃的物质的量分别为a mol、b mol、c mol，达平衡时各物质的含量与上述平衡完全相同．
①若c=2，在相同的条件下达平衡时，该反应吸收的热量为

73.6

kJ．
②若维持反应向正反应方向进行，则起始时c的取值范围为

0≤c＜0.4

．

Answer 1

分析：（1）化学反应前后，气体的压强之比等于物质的量之比；
（2）热化学方程式中反应的各物质系数之比等于物质的量之比；
（3）反应是一个气体体积减小的反应，随着反应的进行，体系的压强越来越小；
（4）反应放热或吸热的多少与参与反应的物质的量的多少有关，采用归边相等的方法来分析是确定范围的一个方法．

解答：解：（1）假设氮气和氢气的转化率为α，
                     N₂+3H₂2NH₃，
各物质的起始物质的量x    y            0
变化的物质的量     xα    yα
平衡时的物质的量  x-xα    y-yα
则生成的氨气的物质的量为2xα=

2yα

3

，所以y=3x，化学反应前后，气体的压强之比等于物质的量之比，所以

3.6mol

(x+y)mol

=0.9，即 x+y=4，故x=1，y=3，
并且（x-xα）+（y-yα）+2xα=3.6mol，即α=20%，平衡后NH₃的体积分数=

2×20%×1mol

3.6mol

×100%=

1

9

，故答案为：1；3；

1

9

；
（2）反应后的物质的量为3.6 mol，因压强为原来的90%，故原气体的物质的量为4 mol，应加入H₂3 mol，气体的物质的量由4 mol减少到平衡时的3.6 mol，由差量法求得产生
0.4 mol NH₃，由此推知产生2 mol NH₃放出热量92 kJ，故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92 kJ/mol；
（3）反应是一个气体体积减小的反应，随着反应的进行，体系的压强越来越小，如果上述反应在恒温恒压的条件下进行，可以看成是相当于把原平衡增大了压强，则平衡向正向进行，所以放热更多，故答案为：大于；
（4）此为恒容条件下反应前后化学计量数不等的平衡问题，应采用归边相等的方法来分析：因达到平衡时c为0.4 mol，若要反应向正方向进行，c应小于0.4，故0≤c＜0.4，若c=2 mol，a=0，b=0，反应逆向进行达到平衡时亦剩余0.4 mol，反应掉1.6 mol，故放

1.6mol

2mol

×92 kJ?mol^-1×

1

2

=73.6 kJ，故答案为：73.6；0≤c＜0.4．

点评：本题是一道有关热化学知识的综合题，难度较大，考查学生分析和解决问题的能力．