Question

將N₂和 H₂按一定比例混合，在相同狀況下其密度是H₂的 3．6倍，取0．5mol該混合氣體通入密閉容器內，使之發生反應并在一定條件下達到平衡。已知反應達到平衡后容器內壓強是相同條件下反應前壓強的0．76倍，試求：
（1）反應前混合氣體中N₂和 H₂的體積比；
（2）達到平衡時混合氣體中的氨的體積分數；
（3）平衡時N₂的轉化率。

Answer 1

（1）1：4（2分）（2）31.6%（3分）（3）60%（3分）

試題分析：（1）N₂和H₂按一定比例混合，在相同狀況下其密度是H₂的3.6倍，則混合氣體的平均相對分子質量=3.6×2=7.2，令0.5mol混合氣體中N₂和H₂的物質的量分別為xmol、ymol，則：
x+y＝0.5
28x+2y＝7.2(x+y)
解得x=0.1，y=0.4，體積之比等于物質的量之比，故反應前混合氣體中N₂和H₂的體積比=0.1：0.4=1：4；
（2）根據壓強之比等于物質的量之比，故反應后容器內混合氣體總的物質的量=0.5mol×0.76=0.38mol，則：
N₂ +  3H₂   =  2NH₃
平衡時（mol）  0.1-a   0.4-3a   2a
則0.1-a + 0.4-3a + 2a ="0.38" ，解得a=0.06mol，n（NH₃）=2a=0.12mol
故NH₃ 的體積分數=n（NH₃）/n總×100%=0.12mol/0.38mol×100%=31.6%；
（3）氮氣的轉化率="a/" n（起始N₂）×100%=0.06mol/0.1mol×100%=60%