《2025年同步练习册人民教育出版社高中化学选择性必修第一册人教版B山东专版》

【例 2】工业合成氨的反应为$N_{2}(g)+3H_{2}(g)⇌ 2NH_{3}(g)$。设在容积为$2.0\ L$的密闭容器中充入$0.60\ mol\ N_{2}(g)$和$1.60\ mol\ H_{2}(g)$，反应在一定条件下达到平衡状态时，$NH_{3}$的物质的量分数($NH_{3}$的物质的量与反应体系中气体的总物质的量之比)为$\frac{4}{7}$。请完成下列计算。
(1)该条件下$N_{2}$的转化率为_。
(2)该条件下，$H_{2}$的转化率为_，$H_{2}$的物质的量分数为_。
(3)该条件下反应$2NH_{3}(g)⇌ N_{2}(g)+3H_{2}(g)$的平衡常数为_。

答案： $(1)66.7% (2)75% \frac{2}{7}($或0.286)
(3)0.005
解析
(1)设$N_2$转化的物质的量浓度为$x mol·L^{-1}。$
$N_2(g)+3H_2(g)⇌2NH_3(g)$
起始浓度$/(mol·L^{-1}) 0.30 0.80 0$
转化浓度$/(mol·L^{-1}) x 3x 2x$
平衡浓度$/(mol·L^{-1}) 0.30-x 0.80-3x 2x$
所以$\frac{2x}{(0.30-x)+(0.80-3x)+2x}=\frac{4}{7}，$
解得x=0.20，
$N_2$的转化率为$\frac{0.20 mol·L^{-1}}{0.30 mol·L^{-1}}×100%≈66.7%。$
$(2)H_2$的转化率为$\frac{0.60 mol·L^{-1}}{0.80 mol·L^{-1}}×100%=75%，$
$H_2$的物质的量分数等于其物质的量浓度分数，
$\frac{0.20 mol·L^{-1}}{0.10 mol·L^{-1}+0.20 mol·L^{-1}+0.40 mol·L^{-1}}=\frac{2}{7}。$
(3)反应$2NH_3(g)⇌N_2(g)+3H_2(g)$的平衡常数
$K=\frac{c^3(H_2)·c(N_2)}{c^2(NH_3)}=\frac{0.20^3×0.10}{0.40^2}=0.005。$

【对点训练 2】在$830\ K$时，在密闭容器中发生可逆反应：$CO(g)+H_{2}O(g)⇌ CO_{2}(g)+H_{2}(g)$ $\Delta H＜0$。试回答下列问题：
(1)若起始时$c(CO)=2\ mol· L^{-1}$，$c(H_{2}O)=3\ mol· L^{-1}$，$4\ s$后达到平衡，此时$CO$的转化率为$60\%$，则在该温度下，该反应的平衡常数$K=$__，$H_{2}O$的转化率为_。
(2)若起始时$c(CO)=3\ mol· L^{-1}$，$c(H_{2}O)=3\ mol· L^{-1}$，则在该温度下达到平衡后，$CO$的转化率为_，$H_{2}O$的转化率为_。

答案：
(1)1 40%
(2)50% 50%
解析
(1)
$CO(g)+H_2O(g)⇌CO_2(g)+H_2(g)$
c_始$/(mol·L^{-1}) 2 3 0 0$
c_变$/(mol·L^{-1}) 1.2 1.2 1.2 1.2$
c_平$/(mol·L^{-1}) 0.8 1.8 1.2 1.2$
该反应的平衡常数$K=\frac{c(CO_2)·c(H_2)}{c(CO)·c(H_2O)}=\frac{1.2×1.2}{0.8×1.8}=1。$
$H_2O$的转化率为$\frac{1.2}{3}×100%=40%。$
(2)设c_变$(CO)=x mol·L^{-1}，$则
$CO(g)+H_2O(g)⇌CO_2(g)+H_2(g)$
c_始$/(mol·L^{-1}) 3 3 0 0$
c_变$/(mol·L^{-1}) x x x x$
c_平$/(mol·L^{-1}) 3-x 3-x x x$
$\frac{x^2}{(3-x)^2}=1，$x=1.5，则CO的转化率为$\frac{1.5}{3}×100%$
=50%，$H_2O$的转化率为50%。