将1体积氮气和3体积氢气的混合物放入反应器中,在总压力为1.42X10^6Pa的压力下开始反应,
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将1体积氮气和3体积氢气的混合物放入反应器中,在总压力为1.42X10^6Pa的压力下开始反应,
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根據化學方程式:N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)
在反應器中,1體積氮氣和3體積氫氣可以生成2體積氨氣。由于化學反應的物質摩爾體積是不變的(理想氣體狀態方程 PV = nRT 中 n/V = P/RT),因此總體積也不變,即生成的2體積氨氣應與初始的總體積相同。
由此可以得到初始的總體積為1+3=4體積,生成的總體積也為4體積,因為反應成了理想氣體,所以可以用理想氣體狀態方程求解:
PV = nRT
初始狀態下,P = 1.42×106 Pa,V = 4V,n1(氮氣摩爾數)= 1mol,n2(氫氣摩爾數)= 3mol,T為溫度。
生成狀態下,P = 1.42×106 Pa,V = 4V,n(氨氣摩爾數)= 2mol,T為溫度。
化學反應的焓變(ΔH)為-92.4 kJ/mol。反應時,體系內能的變化(ΔU)等于焓變(ΔH)加上PΔV,也就是
ΔU = -92.4 kJ/mol + PΔV
由于P、ΔV和ΔU在這個過程中是常量,所以ΔH也是常量。因此,可以用反應前后的狀態求出溫度。
對于初始狀態,代入理想氣體狀態方程,可得:
1.42×106 × 4 = (1+3) × R × T
T1 = 1056K
對于生成狀態,代入理想氣體狀態方程,可得:
1.42×106 × 4 = 2 × R × T2
T2 = 2132K
由于ΔH = -92.4 kJ/mol,生成2mol氨氣所釋放的焓變為-184.8 kJ。根據熱力學第一定律,反應物所釋放的焓變等于產生的熱量減去吸收的熱量,即Q = -ΔH。因此,可以計算出反應釋放了多少熱量:
Q = -ΔH × n(摩爾數)
Q = -184.8 kJ/mol × 2 mol
Q = -369.6 kJ
因此,反應釋放了369.6 kJ的熱量。
總結
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