Question

合成氨和制備硝酸是兩種重要的化工生產(chǎn)，重慶某化工廠將合成氨與制備硝酸進行連續(xù)生產(chǎn)。

（1）在某溫度下體積為200 L的氨合成塔中，以分為單位的時間點上測得各物質(zhì)的濃度(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

 

根據(jù)表中數(shù)據(jù)得知0 min～2 min內(nèi)N₂的平均反應(yīng)速率是_______，若3 min末N₂的轉(zhuǎn)化率為a，則此時H₂的轉(zhuǎn)化率為_______ (用含a的代數(shù)式表示)。

（2）今對合成氨反應(yīng)進行如下研究：在容積均為10 L的a、b、c三個相同密閉容器中分別充入1 mol N₂和3 mol H₂，三個容器的反應(yīng)溫度分別為T₁、T₂、T₃，在其他條件相同情況下，實驗測得反應(yīng)均進行到5 min時，NH₃的體積分數(shù)如圖所示。則下列說法正確的是_______。

A．a(chǎn)、b、C三容器5 min時的正反應(yīng)速率大小為：b>a>c

B．達到平衡時，a、b、c中N₂轉(zhuǎn)化率為a>b>c

C．5min時，a、b、c三容器中的反應(yīng)均可能達到平衡狀態(tài)。

D．將容器b中的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到容器c中的平衡狀態(tài)，可采取的措施有升溫或減壓

（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

則在該條件下，氨合成塔中所發(fā)生反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：____________________________；

（4）金屬Cu單獨與氨水或單獨與雙氧水都不反應(yīng)，但可與二者的混合溶液反應(yīng)生成深藍色溶液，寫出該反應(yīng)的離子方程式：_________________________________________；

（5）取200 mL的硝酸恰好與32 g Cu₂S完全反應(yīng)，已知硝酸被還原成等物質(zhì)的量的NO和NO₂，另外還有CuSO₄和Cu(NO₃)₂生成，則所得工業(yè)硝酸的濃度是_______mol·L^﹣1。

 

Answer 1

【答案】

（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）

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，在2min內(nèi)N2的反應(yīng)速率v(N2)= （1.5-1.2）mol·L^﹣1 /2min=0.15 mol·L^-1·min；起始時N₂ ： H₂ =1：3，跟方程式的系數(shù)比相等，所以N₂ 、H₂ 的轉(zhuǎn)化率相等，均為a。

（2）如圖，三種溫度下反應(yīng)到5min時，氨氣的體積分數(shù)不同，根據(jù)圖像呈現(xiàn)的趨勢，氨氣的體積分數(shù)隨溫度的升高先升后降，說明在T₁ 條件下的反應(yīng)在5min時還沒有達到平衡，而在T3條件下反應(yīng)5，min時已經(jīng)達到平衡，而且相比T2條件下的反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)逆向移動，正反應(yīng)為放熱：

A．溫度越高，反應(yīng)速率越大，所以a、b、c三容器5min時的正反應(yīng)反應(yīng)速率大小為c > b > a，錯誤。

B．根據(jù)上述分析，正反應(yīng)放熱反應(yīng)，所以溫度越高，平衡逆向移動，平衡時候N₂轉(zhuǎn)化率越低，所以a>b>c，B正確。

C．根據(jù)上述分析，a容器未達平衡，b、c達到平衡，C錯誤。

D．容器b要變成c的平衡狀態(tài)，則平衡要逆向移動，則可采取升高溫度或者減小壓強的措施，D正確。

（3）利用蓋斯定律和已知方程式，由①-1/2②+3/2③可得合成氨的熱化學(xué)方程式為：N₂(g)+ 3H₂(g) =2NH₃(g)    △H= ﹣92.4kJ/mol。

（4） 金屬Cu與氨水和雙氧水的混合溶液反應(yīng)生成深藍色溶液，發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，且生成了配合離子，可以類比銀氨溶液中的銀銨離子[Ag(NH₃)₂]²⁺ ，所以生成的配合離子為[Cu(NH₃)₄]²⁺ ，反應(yīng)方程式為：Cu+NH₃·H₂O+H₂O₂=[Cu(NH₃)₄]²⁺ +4H₂O+OH^- 。

（5）根據(jù)題意得：n(Cu₂S)= 32 g/160g/mol=0.2mol，硝酸與硫化亞銅反應(yīng)，硝酸為氧化劑和酸，而Cu和S均被氧化，Cu由 +1→+2價， S由-2→+6價，所以失去的電子總數(shù)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，作氧化劑的硝酸化合價變化+5→+2價，+5→+4價，且n(NO)= n(NO₂)，所以的電子總數(shù)n(e-)= 3n(NO)+ n(NO₂)=4 n(NO)，得失電子守恒，所以有4 n(NO) =2mol，所以可得n(NO)= n(NO₂)=0.5mol,所以作氧化劑的硝酸n(HNO3)= n(NO)+ n(NO₂)=1mol,所以總的硝酸n(HNO3)= 0.4mol+1mol=1.4mol,所以硝酸的濃度c(HNO3)= 1.4mol /0.2 L=7mol/L。

考點：本題考查的是化學(xué)反應(yīng)與能量、化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡、氧化還原的計算等知識。