Question

【題目】氨氣是重要化工原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占重要地位。工業(yè)合成氨的反應(yīng)為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H＜0進(jìn)行如下研究:在773K時(shí)，分別將2molN2和6molH2充入一個(gè)固定容積為1L的密閉容器中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體混合物中n(H2)、n(NH3) 與反應(yīng)時(shí)間t的關(guān)系如下表：

t/min	0	5	10	15	20	25	30
n(H2) /mol	6.00	4.50	3.60	3.30	3.03	3.00	3.00
n(NH3) /mol	0	1.00	1.60	1.80	1.98	2.00	2.00

(1)反應(yīng)速率最快的時(shí)間段是__________

A．0min-5min B ．5min-10min C．10min-15min D． 15min-20min

(2)該溫度下，若向同容積的另一容器中投入的N2、H2、NH3的濃度分別為3mol/L、3mol/L、3mol/L，則此時(shí)v正 __________v逆 (填 “＞”“＜”或“＝”)。

(3)NH3合成常見(jiàn)的化肥尿素【化學(xué)式為CO(NH2)2】分為三步，其中第一步為：2NH3(g)+CO2(g) NH2COONH4(s) △H=-160kJ/mol, 對(duì)于這個(gè)反應(yīng)，在2L等容密閉容器中充入2molNH3和1molCO2,平衡時(shí)放出128kJ的熱量，NH3 的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_________若反應(yīng)溫度不變，在該容器中充入2.8molNH3和1.4molCO2,到達(dá)平衡時(shí)。c(NH3)為_(kāi)_________。

(4)以氨氣代替氫氣研發(fā)氨燃料電池是當(dāng)前科研的一個(gè)熱點(diǎn)。

①氨燃料電池使用的電解質(zhì)溶液是4mol·L-1的KOH溶液，電池反應(yīng)為： 4NH3+3O2=2N2+6H2O。該反應(yīng)每消耗3.4g NH3轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為__________；

②氨燃料電池電解CuSO4溶液，如圖所示，A、B均為鉑電極，通電一段時(shí)間后，在A電極上有紅色固體析出，然后向所得溶液中加入19.6gCu(OH)2固體后恰好可使溶液恢復(fù)到電解前的濃度，則電解過(guò)程中收集到的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為__________L。

Answer 1

【答案】 A > 80% 0.2mol/L 0.6NA 8.96

【解析】(1). 由表中數(shù)據(jù)可知，用H2表示各時(shí)間段的平均反應(yīng)速率分別為：0min-5min時(shí)v(H2)=(6－4.5)mol÷1L÷5min=0.3mol/(L·min)，5min-10min時(shí)v(H2)=(4.5－3.6)mol÷1L÷5min=0.18mol/(L·min)，10min-15min時(shí)v(H2)=(3.6－3.3)mol÷1L÷5min=0.06mol/(L·min)，15min-20min時(shí)v(H2)=(3.3－3.03)mol÷1L÷5min=0.054mol/(L·min)，反應(yīng)速率最快的時(shí)間段是0min-5min，故答案為：A；

(2). 773K時(shí)，將2molN2和6molH2充入一個(gè)固定容積為1L的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，根據(jù)平衡三段式法有：

N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)

起始濃度(mol/L)： 2 6 0

轉(zhuǎn)化濃度(mol/L)： 1 3 2

平衡濃度(mol/L)： 1 3 2

平衡常數(shù)K===0.15，該溫度下，若向同容積的另一容器中投入的N2、H2、NH3的濃度分別為3mol/L、3mol/L、3mol/L，Qc===0.11＜K，則反應(yīng)正向進(jìn)行，此時(shí)v正＞v逆，故答案為：＞；

(3). 由反應(yīng)2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)△H=-160kJ/mol可知，2mol NH3完全反應(yīng)時(shí)放出熱量160kJ，平衡時(shí)放出128kJ的熱量，則參加反應(yīng)的NH3的物質(zhì)的量為：n(NH3)=mol=1.6mol，NH3的轉(zhuǎn)化率為：×100%=80%，該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)NH3和CO2的濃度分別為：0.2mol/L、0.1mol/L，則平衡常數(shù)K==250，若反應(yīng)溫度不變，在該容器中充入2.8molNH3和1.4molCO2，根據(jù)平衡三段式法有：

2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)

起始濃度(mol/L)： 1.4 0.7

轉(zhuǎn)化濃度(mol/L)： 2x x

平衡濃度(mol/L)： 1.4-2x 0.7-x

則K=250=，解得x=0.6mol/L，則平衡時(shí)c(NH3)=1.4mol/L－2×0.6mol/L=0.2mol/L，故答案為：80%；0.2mol/L；

(4). ①. 3.4g NH3的物質(zhì)的量為3.4g÷17g/mol=0.2mol，在反應(yīng)4NH3+3O2=2N2+6H2O中，N元素的化合價(jià)從-3價(jià)升高到0價(jià)，每消耗1mol氨氣時(shí)轉(zhuǎn)移3mol電子，則該反應(yīng)每消耗3.4g NH3轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.2mol×3=0.6mol，數(shù)目為0.6NA，故答案為：0.6NA；

②. 用氨燃料電池電解CuSO4溶液，通電一段時(shí)間后，向所得溶液中加入19.6gCu(OH)2固體后恰好可使溶液恢復(fù)到電解前的濃度，說(shuō)明電解生成的物質(zhì)有Cu、H2和O2，19.6gCu(OH)2的物質(zhì)的量為：19.6g÷98g/mol=0.2mol，氫原子和氧原子的物質(zhì)的量為n(H)= n(O)=0.2mol×2=0.4mol，根據(jù)原子守恒得：n(H)=0.2mol、n(O2)=0.2mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為：(0.2mol +0.2mol)×22.4L/mol=8.96L，故答案為：8.96。