题目内容
（2010?南通模拟）合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大突破，目前工业上用氢气和氮气直接合成氨，制得的氨通过催化氧化可生产硝酸．在一定条件下，若N2和H2以体积比1：3的比例充入一体积不变的密闭容器中反应，达到平衡状态时，测得混合气体中氨的体积分数为20.0%，则：
（1）合成氨反应达到平衡的标志
A．容器内气体压强保持不变
B．容器内各物质的浓度不随时间变化
C．当υ（H2，正）=0.3mol?L-1?min-1，υ（NH3，逆）=0.2mol?L-1?min-1时
D．1个N≡N键断裂的同时，有3个H-H键形成
（2）达到平衡时，N2和H2的转化率分别为
（3）用氨催化氧化可生产硝酸，取所生产的硝酸溶液100mL，与足量的铜反应，生成的NO2和NO混合气体在标准状况下体积为6.72L，物质的量之比为2：1，求所生产硝酸的物质的量浓度？（请写出该小题的计算过程）
（4）某厂用NH3生产硝酸，然后再制硝酸铵，其过程如下：
其中反应②为：4NO+3O2+2H2O=4HNO3，原料气为氨气和空气的混合物．若实际生产中，反应①、②、③的转化率（或利用率）分别为a、b、c，则生产硝酸的氨气占所用氨气总量的体积分数为
．
（1）合成氨反应达到平衡的标志
ABCD
ABCD
．A．容器内气体压强保持不变
B．容器内各物质的浓度不随时间变化
C．当υ（H2，正）=0.3mol?L-1?min-1，υ（NH3，逆）=0.2mol?L-1?min-1时
D．1个N≡N键断裂的同时，有3个H-H键形成
（2）达到平衡时，N2和H2的转化率分别为
33.3%
33.3%
．（3）用氨催化氧化可生产硝酸，取所生产的硝酸溶液100mL，与足量的铜反应，生成的NO2和NO混合气体在标准状况下体积为6.72L，物质的量之比为2：1，求所生产硝酸的物质的量浓度？（请写出该小题的计算过程）
8mol/L
8mol/L
．（4）某厂用NH3生产硝酸，然后再制硝酸铵，其过程如下：
其中反应②为：4NO+3O2+2H2O=4HNO3，原料气为氨气和空气的混合物．若实际生产中，反应①、②、③的转化率（或利用率）分别为a、b、c，则生产硝酸的氨气占所用氨气总量的体积分数为
| 1 |
| 1+ab |
| 1 |
| 1+ab |
分析：（1）可逆反应达到平衡状态，正逆反应速率相等，各组分的含量不变、浓度不变，由此衍生的一些其它物理量不变，据此结合选项分析解答；
（2）N2和H2以体积比1：3的比例充入，二者按1：3反应，故二者转化率相等，令N2和H2分别为1mol、3mol，平衡时参加反应的氮气为xmol，利用三段式表示出平衡时各组分的物质的量，再利用氨气体积分数列方程计算；
（3）根据n=
计算混合气体总物质的量，根据物质的量之比计算各自物质的量，根据电子注意守恒计算n（Cu），由铜元素守恒n[Cu（NO3）2]=n（Cu），根据氮元素守恒n （HNO3）=n[Cu（NO3）2]=+n（NO2）+n（NO），根据c=
计算硝酸的浓度；
（4）制备的硝酸与剩余的氨气反应生成硝酸铵，二者物质的量之比为1：1，令氨气总量为1mol，设生产硝酸的氨气占所用氨气总量的体积分数为x，则生成硝酸铵的氨气的物质的量为（1-x）mol，根据氮元素守恒计算生成硝酸的物质的量，据此列方程计算．
（2）N2和H2以体积比1：3的比例充入，二者按1：3反应，故二者转化率相等，令N2和H2分别为1mol、3mol，平衡时参加反应的氮气为xmol，利用三段式表示出平衡时各组分的物质的量，再利用氨气体积分数列方程计算；
（3）根据n=
| m |
| M |
| n |
| V |
（4）制备的硝酸与剩余的氨气反应生成硝酸铵，二者物质的量之比为1：1，令氨气总量为1mol，设生产硝酸的氨气占所用氨气总量的体积分数为x，则生成硝酸铵的氨气的物质的量为（1-x）mol，根据氮元素守恒计算生成硝酸的物质的量，据此列方程计算．
解答：解：（1）A．正反应为气体物质的量减小的反应，随反应进行压强减小，容器内气体压强保持不变，说明到达平衡，故A正确；
B．平衡时，各组分的浓度不再变化，说明到达平衡，故B正确；
C．当υ（H2，正）=0.3mol?L-1?min-1，υ（NH3，逆）=0.2mol?L-1?min-1，速率之比等于化学计量数之比，反应到达平衡，故C正确；
D．1个N≡N键断裂的同时，有3个H-H键形成，3个H-H键形成的同时形成1个N≡N键，氮气的生成与消耗速率相等，反应到达平衡，故D正确；
故答案为：ABCD；
（2）N2和H2以体积比1：3的比例充入，二者按1：3反应，故二者转化率相等，令N2和H2分别为1mol、3mol，平衡时参加反应的氮气为xmol，则：
N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）
开始（mol）：1 3 0
变化（mol）：x 3x 2x
平衡（mol）：1-x 3-3x 2x
所以，
=20%，解得x=
，
故氮气、氢气的转化率=
×100%=33.3%，
故答案为：33.3%；
（3）n（NO2）+n（NO）=
=0.3mol，由于n（NO2）：n（NO）=2：1，故n（NO2）=0.2 mol、n（NO）=0.1 mol，根据电子转移守恒有n（Cu）=
=0.25mol，由铜元素守恒n[Cu（NO3）2]=n（Cu）=0.25mol，根据氮元素守恒n （HNO3）=n[Cu（NO3）2]=+n（NO2）+n（NO）=0.25mol×2+0.2 mol+0.1 mol=0.8 mol，故c（HNO3）=
=8 mol/L，
故答案为：8mol/L；
（4）令氨气总量为1mol，设生产硝酸的氨气占所用氨气总量的体积分数为x，则生成硝酸铵的氨气的物质的量为（1-x）mol，氨催化氧化利用率为a、合成硝酸的利用率为b，则根据氮元素守恒NH3～NO～NHNO3，故可得硝酸的物质的量为abx mol，制备的硝酸与剩余的氨气反应生成硝酸铵，二者物质的量之比为1：1，则abx mol=（1-x）mol，解得x=
，
故答案为：
．
B．平衡时，各组分的浓度不再变化，说明到达平衡，故B正确；
C．当υ（H2，正）=0.3mol?L-1?min-1，υ（NH3，逆）=0.2mol?L-1?min-1，速率之比等于化学计量数之比，反应到达平衡，故C正确；
D．1个N≡N键断裂的同时，有3个H-H键形成，3个H-H键形成的同时形成1个N≡N键，氮气的生成与消耗速率相等，反应到达平衡，故D正确；
故答案为：ABCD；
（2）N2和H2以体积比1：3的比例充入，二者按1：3反应，故二者转化率相等，令N2和H2分别为1mol、3mol，平衡时参加反应的氮气为xmol，则：
N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）
开始（mol）：1 3 0
变化（mol）：x 3x 2x
平衡（mol）：1-x 3-3x 2x
所以，
| 2x |
| 1-x+3-3x+2x |
| 1 |
| 3 |
故氮气、氢气的转化率=
| ||
| 1mol |
故答案为：33.3%；
（3）n（NO2）+n（NO）=
| 6.72L |
| 22.4L/mol |
| 0.2mol×(5-4)+0.1mol×(5-2) |
| 2-0 |
| 0.8mol |
| 0.1L |
故答案为：8mol/L；
（4）令氨气总量为1mol，设生产硝酸的氨气占所用氨气总量的体积分数为x，则生成硝酸铵的氨气的物质的量为（1-x）mol，氨催化氧化利用率为a、合成硝酸的利用率为b，则根据氮元素守恒NH3～NO～NHNO3，故可得硝酸的物质的量为abx mol，制备的硝酸与剩余的氨气反应生成硝酸铵，二者物质的量之比为1：1，则abx mol=（1-x）mol，解得x=
| 1 |
| 1+ab |
故答案为：
| 1 |
| 1+ab |
点评：本题考查化学平衡状态、化学平衡计算、氧化还原反应计算、化学工业计算等，难度中等，（3）中注意利用守恒思想进行计算，（4）为易错点、难点，学生容易受生成硝酸铵的利用率迷惑，本过程理论上氨气与硝酸按1：1反应，与其利用率无关．
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