Question

在一容積為2 L的密閉容器中，加入0.2 mol的N₂和0.6 mol的H₂，在一定條件下發生反應：N₂(g)＋3H₂(g)  2NH₃(g)  ΔH＜0 。反應中NH₃的物質的量濃度的變化情況如下圖所示，請回答下列問題：

（1）根據上圖，計算從反應開始到平衡時，氫氣的平均反應速率v(H₂)為______________。
（2）該反應達到平衡時N₂的轉化率_________________。
（3）反應達到平衡后，第5分鐘末，保持其它條件不變，若改變反應溫度，則NH₃的物質的量濃度不可能為____________。(填序號)
a．0.20 mol·L^－1 b．0.12 mol·L^{－1 c}．0.10 mol·L^－1  d．0.08 mol·L^－1
（4）請寫出該反應的平衡常數表達式_________，若該反應在298K、398K時的化學平衡常數分別為K₁、K₂，則K₁   K₂（填“＞”、“="”" 或 “＜” ）。
（5）在第5分鐘末將容器的體積縮小一半后，若在第8分鐘末達到新的平衡(此時NH₃的濃度約為0.25 mol·L^－1)，請在上圖中畫出第5分鐘末到此平衡時NH₃濃度的變化曲線。

Answer 1

（1）0.0375 mol·L^－1·min^－1
（2）50%
（3）a、c
（4）    >
（5）

試題分析：（1）v(H₂)="3/2" v(NH₃)=3/2×0.10mol/L÷4min=0.0375 mol·L^－1·min^－1。
N₂(g)＋3H₂(g)  2NH₃(g)
初始濃度（mol?L?¹）0.1     0.3            0
初始濃度（mol?L?¹）0.05      0.15            0.1
初始濃度（mol?L?¹）0.05      0.15            0.1
則該反應達到平衡時N₂的轉化率=0.05mol?L?¹÷0.1mol?L?¹×100%=50%
（3）根據化學方程式可知NH₃的濃度范圍0<c(NH₃)<0.2mol?L?¹，原平衡NH₃的濃度為0.10mol?L?¹，溫度改變，平衡移動會發生移動，新平衡的濃度一定不是0.10mol?L?¹，故a、c項不可能。
（4）根據平衡常數的定義可得該反應的平衡常數表達式為：；因為正反應為放熱反應，溫度升高，平衡向逆反應方向移動，平衡常數減小，所以K₁>K₂。
（5）第5分鐘末將容器的體積縮小一半后，NH₃的濃度變為0.20mol?L?¹，壓強增大，平衡向右移動，NH₃的濃度逐漸增加，到8min末為0.25mol?L?¹，即可畫出曲線。