Question

合成氨和制备硝酸是两种重要的化工生产，重庆某化工厂将合成氨与制备硝酸进行连续生产。
（1）在某温度下体积为200 L的氨合成塔中，以分为单位的时间点上测得各物质的浓度(mol·L^﹣1)如下表：

	0 min	l min	2 min	3 min	4 min
N2	1.500	1.400	1.200	c1	c1
H2	4.500	4.200	3.600	c2	c2
NH3	0	0.200	0.600	c3	c3

 
根据表中数据得知0 min～2 min内N₂的平均反应速率是_______，若3 min末N₂的转化率为a，则此时H₂的转化率为_______ (用含a的代数式表示)。
（2）今对合成氨反应进行如下研究：在容积均为10 L的a、b、c三个相同密闭容器中分别充入1 mol N₂和3 mol H₂，三个容器的反应温度分别为T₁、T₂、T₃，在其他条件相同情况下，实验测得反应均进行到5 min时，NH₃的体积分数如图所示。则下列说法正确的是_______。

A．a、b、C三容器5 min时的正反应速率大小为：b>a>c
B．达到平衡时，a、b、c中N₂转化率为a>b>c
C．5min时，a、b、c三容器中的反应均可能达到平衡状态。
D．将容器b中的平衡状态转变到容器c中的平衡状态，可采取的措施有升温或减压
（3）已知：N₂(g)+O₂(g)=2NO(g)：   △H=+180.5kJ/mol
4NH₃(g)+5O₂(g)=4NO(g)+6H₂O(g)；△H=﹣905 kJ/mol
2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)； △H=﹣483.6 kJ/mol
则在该条件下，氨合成塔中所发生反应的热化学方程式为：____________________________；
（4）金属Cu单独与氨水或单独与双氧水都不反应，但可与二者的混合溶液反应生成深蓝色溶液，写出该反应的离子方程式：_________________________________________；
（5）取200 mL的硝酸恰好与32 g Cu₂S完全反应，已知硝酸被还原成等物质的量的NO和NO₂，另外还有CuSO₄和Cu(NO₃)₂生成，则所得工业硝酸的浓度是_______mol·L^﹣1。

Answer 1

（1）0.15mol·L^-1·min (2分)；a（2分）
（2）BD（2分）
（3）N₂(g)+ 3H₂(g) =2NH₃(g)   △H= ﹣92.4kJ/mol（3分）
（4）Cu+NH₃·H₂O+H₂O₂=[Cu(NH₃)₄]²⁺ +4H₂O+OH^-（3分）
（5）7（3分）

试题分析：（1）根据表中数据可知，在2min内N2的反应速率v(N2)=（1.5-1.2）mol·L^﹣1 /2min="0.15" mol·L^-1·min；起始时N₂ ： H₂ =1：3，跟方程式的系数比相等，所以N₂ 、H₂ 的转化率相等，均为a。
（2）如图，三种温度下反应到5min时，氨气的体积分数不同，根据图像呈现的趋势，氨气的体积分数随温度的升高先升后降，说明在T₁ 条件下的反应在5min时还没有达到平衡，而在T3条件下反应5，min时已经达到平衡，而且相比T2条件下的反应，升高温度反应逆向移动，正反应为放热：
A．温度越高，反应速率越大，所以a、b、c三容器5min时的正反应反应速率大小为c > b > a，错误。
B．根据上述分析，正反应放热反应，所以温度越高，平衡逆向移动，平衡时候N₂转化率越低，所以a>b>c，B正确。
C．根据上述分析，a容器未达平衡，b、c达到平衡，C错误。
D．容器b要变成c的平衡状态，则平衡要逆向移动，则可采取升高温度或者减小压强的措施，D正确。
（3）利用盖斯定律和已知方程式，由①-1/2②+3/2③可得合成氨的热化学方程式为：N₂(g)+ 3H₂(g) =2NH₃(g)   △H= ﹣92.4kJ/mol。
（4） 金属Cu与氨水和双氧水的混合溶液反应生成深蓝色溶液，发生了氧化还原反应，且生成了配合离子，可以类比银氨溶液中的银铵离子[Ag(NH₃)₂]²⁺ ，所以生成的配合离子为[Cu(NH₃)₄]²⁺ ，反应方程式为：Cu+NH₃·H₂O+H₂O₂=[Cu(NH₃)₄]²⁺ +4H₂O+OH^- 。
（5）根据题意得：n(Cu₂S)=" 32" g/160g/mol=0.2mol，硝酸与硫化亚铜反应，硝酸为氧化剂和酸，而Cu和S均被氧化，Cu由 +1→+2价， S由-2→+6价，所以失去的电子总数n(e-)=" n(Cu)+8" n(S)=0.4mol+1.6mol=2mol，又n(CuSO4)= n(Cu(NO₃)₂)=0.2mol,所以作酸的部分硝酸n(HNO3)= 2n(Cu(NO₃)₂)=0.4mol，作氧化剂的硝酸化合价变化+5→+2价，+5→+4价，且n(NO)= n(NO₂)，所以的电子总数n(e-)=" 3n(NO)+" n(NO₂)="4" n(NO)，得失电子守恒，所以有4 n(NO) =2mol，所以可得n(NO)= n(NO₂)=0.5mol,所以作氧化剂的硝酸n(HNO3)=" n(NO)+" n(NO₂)=1mol,所以总的硝酸n(HNO3)= 0.4mol+1mol=1.4mol,所以硝酸的浓度c(HNO3)=" 1.4mol" /0.2 L=7mol/L。