题目

已知反应(N)_2((g)) + 3(H)_2((g)) = 2(NH)_3((g))，氢气的起始物质的量为12(mol)，3分钟后氢气的物质的量为3(mol)，则此时该反应的反应进度为____(mol)

已知反应$\text{N}_2(\text{g}) + 3\text{H}_2(\text{g}) = 2\text{NH}_3(\text{g})$，氢气的起始物质的量为$12\text{mol}$，3分钟后氢气的物质的量为$3\text{mol}$，则此时该反应的反应进度为____$\text{mol}$

题目解答

答案

根据题目给出的反应方程式： \[ N_2(g) + 3H_2(g) \rightarrow 2NH_3(g) \] 氢气的起始物质的量为12 mol，3分钟后减少至3 mol，即消耗了 $ 12 - 3 = 9 $ mol。 根据反应方程式，氢气的化学计量数为3，因此反应进度 $ \xi $ 可以通过以下公式计算： \[ \xi = \frac{n(H_2)_{\text{消耗}}}{|\nu(H_2)|} = \frac{9\,\text{mol}}{3} = 3\,\text{mol} \] 因此，该反应的反应进度为3 mol。 答案：3 mol

解析

本题考查化学反应进度的计算。解题思路是先根据氢气起始物质的量和反应后物质的量计算出氢气的消耗量，再结合反应方程式中氢气的化学计量数，利用反应进度的计算公式来求解。

  1. 计算氢气的消耗量：
    已知氢气的起始物质的量$n_0(H_2)=12\mathrm{mol}$，3分钟后氢气的物质的量$n(H_2)=3\mathrm{mol}$，则氢气消耗的物质的量$\Delta n(H_2)$为：
    $\Delta n(H_2)=n_0(H_2)-n(H_2)=12\mathrm{mol}-3\mathrm{mol}=9\mathrm{mol}$
  2. 确定氢气的化学计量数：
    对于反应$\text{N}_2(\text{g}) + 3\text{H}_2(\text{g}) = 2\text{NH}_3(\text{g})$，氢气$\text{H}_2$的化学计量数$\nu(H_2)=3$。
  3. 计算反应进度：
    根据反应进度$\xi$的计算公式$\xi=\frac{\Delta n_i}{\vert\nu_i\vert}$（其中$\Delta n_i$是物质$i$的物质的量变化量，$\vert\nu_i\vert$是物质$i$的化学计量数的绝对值），对于氢气有：
    $\xi=\frac{\Delta n(H_2)}{\vert\nu(H_2)\vert}=\frac{9\mathrm{mol}}{3}=3\mathrm{mol}$