Question

【題目】合成氨是人類(lèi)科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上的一項(xiàng)重大突破，研究表明液氨是一種良好的儲(chǔ)氫物質(zhì)。

(1) 氨氣分解反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)　ΔH

若：N≡N鍵、H－H鍵和N－H鍵的鍵能分別記作a、b和c(單位：kJ·mol1)則上述反應(yīng)的ΔH＝________kJ·mol1。

(2) 研究表明金屬催化劑可加速氨氣的分解。下表為某溫度下等質(zhì)量的不同金屬分別催化等濃度氨氣分解生成氫氣的初始速率(mmol·min1)。

催化劑	Ru	Rh	Ni	Pt	Pd	Fe
初始速率	7.9	4.0	3.0	2.2	1.8	0.5

①不同催化劑存在下，氨氣分解反應(yīng)活化能最大的是________(填寫(xiě)催化劑的化學(xué)式)。

②溫度為T，在一體積固定的密閉容器中加入2 mol NH3，此時(shí)壓強(qiáng)為P0，用Ru催化氨氣分解，若平衡時(shí)氨氣分解的轉(zhuǎn)化率為50%，則該溫度下反應(yīng)2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)Kp＝________。[已知：氣體分壓(p分)＝氣體總壓(p總)×體積分?jǐn)?shù)]

(3) 關(guān)于合成氨工藝的理解，下列正確的是________。

A．合成氨工業(yè)常采用的反應(yīng)溫度為500℃左右，可用勒夏特列原理解釋

B．使用初始反應(yīng)速率更快的催化劑Ru，不能提高平衡時(shí)NH3的產(chǎn)量葦

C．合成氨工業(yè)采用10 MPa～30 MPa，是因常壓下N2和H2的轉(zhuǎn)化率不高

D．采用冷水降溫的方法可將合成后混合氣體中的氨液化

(4) 在1 L 1 mol·L1的鹽酸中緩緩?fù)ㄈ?/span>2 mol氨氣，請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出溶液中水電離出的OH濃度隨氨氣通入變化的趨勢(shì)圖。______________________________

(5) 電化學(xué)法也可合成氨。下圖是用低溫固體質(zhì)子導(dǎo)體作為電解質(zhì)，用PtC3N4作陰極催化劑電解H2(g)和N2(g)合成NH3的原理示意圖：

①PtC3N4電極反應(yīng)產(chǎn)生NH3的電極反應(yīng)式________。

②實(shí)驗(yàn)研究表明，當(dāng)外加電壓超過(guò)一定值以后，發(fā)現(xiàn)陰極產(chǎn)物中氨氣的體積分?jǐn)?shù)隨著電壓的增大而減小，分析其可能原因________。

Answer 1

【答案】6c－a－3b Fe BC N2＋6e＋6H+=2NH3 超過(guò)一定電壓以后，H+得電子變成H2，而且速率比氮?dú)饪?/span>

【解析】

（1）2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)中，N≡N有1個(gè)，N－H有6個(gè)，H-H有3個(gè)，△H=反應(yīng)物的鍵能之和—生成物的鍵能之和=6c－a－3b；

（2）金屬催化劑可加速氨氣的分解，反應(yīng)越慢，說(shuō)明反應(yīng)所需的活化能越大，據(jù)表所知，Fe催化時(shí)反應(yīng)速率最慢，氨氣分解反應(yīng)活化能最大的是Fe。

（3）反應(yīng)2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)開(kāi)始時(shí)有2 mol NH3，此時(shí)壓強(qiáng)為P0，NH3的轉(zhuǎn)化率為50%，反應(yīng)平衡時(shí)體系內(nèi)有1mol NH3，0.5mol N2和1.5mol H2，總物質(zhì)的量為3mol，所以平衡時(shí)的總壓為 P0，氮?dú)獾姆謮簽?/span> P0，氫氣的分壓為 P0，氨氣的分壓為P0，故Kp==；

（4）A. 合成氨的反應(yīng)是放熱的，所以合成氨時(shí)溫度越低，氨的轉(zhuǎn)化率越高。但溫度過(guò)低則影響催化劑的活性，適宜溫度為500℃，和勒夏特列原理沒(méi)有關(guān)系，故A錯(cuò)誤；

B. 使用催化劑不能改變反應(yīng)程度，故不能提高平衡時(shí)NH3的產(chǎn)量，B正確；

C. 合成氨工業(yè)采用10 MPa～30 MPa，是因常壓下N2和H2的轉(zhuǎn)化率不高，故C正確；

D. 氨氣易溶于水，所以不能采用冷水降溫的方法可將合成后混合氣體中的氨液化，故D錯(cuò)誤；

正確答案是BC。

（5）剛開(kāi)始通入NH3，NH3和HCl反應(yīng)生成氯化銨，促進(jìn)水的電離，當(dāng)NH3的量大于1mol時(shí)，HCl反應(yīng)完，生成氨水又慢慢抑制水的電離，所以答案如圖：

（6）PtC3N4電極產(chǎn)生氨氣得電子，電極方程式為：N2＋6e＋6H+=2NH3；當(dāng)外加電壓超過(guò)一定值以后，發(fā)現(xiàn)陰極產(chǎn)物中氨氣的體積分?jǐn)?shù)隨著電壓的增大而減小，分析其可能原因是超過(guò)一定電壓以后，H+得電子變成H2，而且速率比氮?dú)饪臁?/span>