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

Question

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______．

Answer 1

（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，

2x

1?x+3?3x+2x

=20%，解得x=

1

3

，
故氮气、氢气的转化率=

1 3 mol

1mol

×100%=33.3%，
故答案为：33.3%；
（3）n（NO₂）+n（NO）=

6.72L

22.4L/mol

=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）=

0.2mol×(5?4)+0.1mol×(5?2)

2?0

=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）=

0.8mol

0.1L

=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=

1

1+ab

，
故答案为：

1

1+ab

．