题目
合成氨反应为 3H2(g)+N2(g)⇌2NH3(g)，所用反应物氢气和氮气的摩尔比为 3:1，在 673 K、1000 KkPa 压力下达成平衡，平衡产物中氨的摩尔分数为 0.0385。试求：该反应在该条件下的标准平衡常数。在该温度下，若要使氨的摩尔分数为 0.05，应控制总压为多少。
合成氨反应为 ，所用反应物氢气和氮气的摩尔比为 ，在 、 压力下达成平衡，平衡产物中氨的摩尔分数为 。试求：
该反应在该条件下的标准平衡常数。
在该温度下，若要使氨的摩尔分数为 ，应控制总压为多少。
题目解答
答案
- (1)
- (2)
解析
步骤 1：计算平衡时各物质的摩尔分数
根据题目，反应物氢气和氮气的摩尔比为 3:1，设氢气的摩尔数为 3x，氮气的摩尔数为 x。平衡时氨的摩尔分数为 0.0385，设平衡时氨的摩尔数为 2y。根据反应方程式，平衡时氢气的摩尔数为 3x-3y，氮气的摩尔数为 x-y。总摩尔数为 3x-3y+x-y+2y=4x-2y。因此，氨的摩尔分数为 2y/(4x-2y)=0.0385，解得 y=0.0385x。因此，平衡时氢气的摩尔数为 3x-3y=3x-3*0.0385x=2.8845x，氮气的摩尔数为 x-y=x-0.0385x=0.9615x，氨的摩尔数为 2y=2*0.0385x=0.077x。
步骤 2：计算标准平衡常数
根据理想气体状态方程，压力与摩尔数成正比，因此，平衡时氢气、氮气和氨的分压分别为 2.8845x/4x-2y*1000kPa=721.125kPa，0.9615x/4x-2y*1000kPa=240.375kPa，0.077x/4x-2y*1000kPa=18.5kPa。根据标准平衡常数的定义，Kp=(p(NH3))^2/(p(H2))^3*p(N2)=18.5^2/(721.125)^3*240.375=1.64×10−4。
步骤 3：计算氨的摩尔分数为 0.05 时的总压
设氨的摩尔数为 2y，氢气的摩尔数为 3x-3y，氮气的摩尔数为 x-y，总摩尔数为 4x-2y。根据氨的摩尔分数为 0.05，有 2y/(4x-2y)=0.05，解得 y=0.05x。因此，平衡时氢气的摩尔数为 3x-3y=3x-3*0.05x=2.85x，氮气的摩尔数为 x-y=x-0.05x=0.95x，氨的摩尔数为 2y=2*0.05x=0.1x。根据标准平衡常数的定义，Kp=(p(NH3))^2/(p(H2))^3*p(N2)=1.64×10−4，代入平衡时各物质的摩尔数，有 0.1x/4x-2y*P^2/(2.85x/4x-2y*P)^3*0.95x/4x-2y*P=1.64×10−4，解得 P=1332.1kPa。
根据题目，反应物氢气和氮气的摩尔比为 3:1，设氢气的摩尔数为 3x，氮气的摩尔数为 x。平衡时氨的摩尔分数为 0.0385，设平衡时氨的摩尔数为 2y。根据反应方程式，平衡时氢气的摩尔数为 3x-3y，氮气的摩尔数为 x-y。总摩尔数为 3x-3y+x-y+2y=4x-2y。因此，氨的摩尔分数为 2y/(4x-2y)=0.0385，解得 y=0.0385x。因此，平衡时氢气的摩尔数为 3x-3y=3x-3*0.0385x=2.8845x，氮气的摩尔数为 x-y=x-0.0385x=0.9615x，氨的摩尔数为 2y=2*0.0385x=0.077x。
步骤 2：计算标准平衡常数
根据理想气体状态方程，压力与摩尔数成正比，因此，平衡时氢气、氮气和氨的分压分别为 2.8845x/4x-2y*1000kPa=721.125kPa，0.9615x/4x-2y*1000kPa=240.375kPa，0.077x/4x-2y*1000kPa=18.5kPa。根据标准平衡常数的定义，Kp=(p(NH3))^2/(p(H2))^3*p(N2)=18.5^2/(721.125)^3*240.375=1.64×10−4。
步骤 3：计算氨的摩尔分数为 0.05 时的总压
设氨的摩尔数为 2y，氢气的摩尔数为 3x-3y，氮气的摩尔数为 x-y，总摩尔数为 4x-2y。根据氨的摩尔分数为 0.05，有 2y/(4x-2y)=0.05，解得 y=0.05x。因此，平衡时氢气的摩尔数为 3x-3y=3x-3*0.05x=2.85x，氮气的摩尔数为 x-y=x-0.05x=0.95x，氨的摩尔数为 2y=2*0.05x=0.1x。根据标准平衡常数的定义，Kp=(p(NH3))^2/(p(H2))^3*p(N2)=1.64×10−4，代入平衡时各物质的摩尔数，有 0.1x/4x-2y*P^2/(2.85x/4x-2y*P)^3*0.95x/4x-2y*P=1.64×10−4，解得 P=1332.1kPa。