Question

氨气是重要化工原料，在国民经济中占重要地位。工业合成氨的反应为：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g) △H＜0进行如下研究:在773K时，分别将2molN₂和6molH₂充入一个固定容积为1L的密闭容器中，随着反应的进行，气体混合物中n(H₂)、n(NH₃) 与反应时间t的关系如下表：

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)反应速率最快的时间段是__________

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

(2)该温度下，若向同容积的另一容器中投入的N₂、H₂、NH₃的浓度分别为3mol/L、3mol/L、3mol/L，则此时v_正 __________v_逆 (填 “＞”“＜”或“＝”)。

(3)NH₃合成常见的化肥尿素【化学式为CO(NH₂)₂】分为三步，其中第一步为：2NH₃(g)+CO₂(g) NH₂COONH₄(s)  △H=-160kJ/mol, 对于这个反应，在2L等容密闭容器中充入2molNH₃和1molCO₂,平衡时放出128kJ的热量，NH₃ 的转化率为__________若反应温度不变，在该容器中充入2.8molNH₃和1.4molCO₂,到达平衡时。c(NH₃)为__________。

(4)以氨气代替氢气研发氨燃料电池是当前科研的一个热点。

①氨燃料电池使用的电解质溶液是4mol·L^-1的KOH溶液，电池反应为： 4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O。该反应每消耗3.4g NH₃转移的电子数目为__________；

②氨燃料电池电解CuSO₄溶液，如图所示，A、B均为铂电极，通电一段时间后，在A电极上有红色固体析出，然后向所得溶液中加入19.6gCu(OH)₂固体后恰好可使溶液恢复到电解前的浓度，则电解过程中收集到的气体在标准状况下体积为__________L。

Answer

A > 80% 0.2mol/L 0.6NA 8.96

【解析】(1). 由表中数据可知，用H2表示各时间段的平均反应速率分别为：0min-5min时v(H2)=(6－4.5)mol÷1L÷5min=0.3mol/(L·min)，5min-10min时v(H2)=(4.5－3.6)mol÷1L÷5min=0.18mol/(L·min)，10min-15min时v(H2)=(3.6－3.3)mol÷1L÷5min=0.06mol/(L·min)，15min-20min时v(H2)=(3.3－3.03)mol÷1L÷5min=0.054mol/(L·min)，反应速率最快的时间段是0min-5min，故答案为：A；

(2). 773K时，将2molN2和6molH2充入一个固定容积为1L的密闭容器中，发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ，根据平衡三段式法有：

N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 

起始浓度(mol/L)： 2 6 0

转化浓度(mol/L)： 1 3 2

平衡浓度(mol/L)： 1 3 2

平衡常数K===0.15， 该温度下，若向同容积的另一容器中投入的N2、H2、NH3的浓度分别为3mol/L、3mol/L、3mol/L，Qc===0.11＜K，则反应正向进行，此时v正＞v逆，故答案为：＞；

(3). 由反应2NH3(g)+CO2(g) NH2COONH4(s)  △H=-160kJ/mol可知，2mol NH3完全反应时放出热量160kJ，平衡时放出128kJ的热量，则参加反应的NH3的物质的量为：n(NH3)=mol=1.6mol，NH3 的转化率为：×100%=80%，该反应达到平衡时NH3和CO2的浓度分别为：0.2mol/L、0.1mol/L，则平衡常数K==250，若反应温度不变，在该容器中充入2.8molNH3和1.4molCO2，根据平衡三段式法有：

2NH3(g)+CO2(g) NH2COONH4(s)

起始浓度(mol/L)： 1.4 0.7

转化浓度(mol/L)： 2x x

平衡浓度(mol/L)： 1.4-2x 0.7-x

则K=250=，解得x=0.6mol/L，则平衡时c(NH3)=1.4mol/L－2×0.6mol/L=0.2mol/L，故答案为：80%；0.2mol/L；

(4). ①. 3.4g NH3的物质的量为3.4g÷17g/mol=0.2mol，在反应4NH3+3O2=2N2+6H2O中，N元素的化合价从-3价升高到0价，每消耗1mol氨气时转移3mol电子，则该反应每消耗3.4g NH3转移电子的物质的量为0.2mol×3=0.6mol，数目为0.6NA，故答案为：0.6NA；

②. 用氨燃料电池电解CuSO4溶液，通电一段时间后，向所得溶液中加入19.6gCu(OH)2固体后恰好可使溶液恢复到电解前的浓度，说明电解生成的物质有Cu、H2和O2，19.6gCu(OH)2的物质的量为：19.6g÷98g/mol=0.2mol，氢原子和氧原子的物质的量为n(H)= n(O)=0.2mol×2=0.4mol，根据原子守恒得：n(H2)=0.2mol、n(O2)=0.2mol，在标准状况下的体积为：(0.2mol +0.2mol)×22.4L/mol=8.96L，故答案为：8.96。