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

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．