Question

【題目】氨能源的循環(huán)利用是目前研究的熱點之一。

（1）一種可以快速啟動的氨制氫工藝如圖a所示：

已知：

快速制氫反應(yīng)：的＝__

（2）1100℃時，在鎢絲表面NH3分解的半衰期(濃度減小一半所需時間)如下表所示：

c(NH3)/mol/L	4.56×10-3	2.28×10-3	1.14×10-3	5.70×10-4	2.85×10-4
時間/s	0	440	660	770	t5

表中的t5的值為_________：c(NH3)的值從4.56×10－3變化至2.28×10－3的過程中，平均反應(yīng)速率試v(H2)=_____________ (保留三位有效數(shù)字)mol·L－1·S－1。

（3）在101kPa下，NH3分解的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖b所示：

①溫度為300℃，總壓為101kPa時，圖b中v(正)>v(逆)的點是_____(填“a”“b”或“c”)。

②為降低NH3分解的活化能可采取的措施有_____________________________

（4）已知液氮中存在下列平衡：2NH3(l)NH4＋＋NH2－。用溶有金屬氨基化合物(如KNH2)的液氨作電解質(zhì)電解制氫的工作原理如圖c所示：

①電極X的名稱是__________________(填“陽極”或“陰極”)。

②圖c中陽極的電極反應(yīng)式為______________________________________________

③若圖c中支持電解質(zhì)改用NH4Cl，則陰極的電極反應(yīng)式為__________________________

Answer 1

【答案】—75.4 825 7.77×10—6 c 使用合適催化劑 陰極 6NH2－—6e—= N2↑+4NH3 2NH4＋+2e—= H2↑+2NH3

【解析】

（1）由蓋斯定律計算可得；

（2）由表格數(shù)據(jù)可知，當(dāng)氨氣濃度減小一半所需時間的增加值為440、440×、440××、440×××。。。；先計算氨氣速率，再依據(jù)化學(xué)方程式計算氫氣速率；c點反應(yīng)為達(dá)到平衡，是平衡的形成過程；

②催化劑能夠降低反應(yīng)的活化能；

（4）①由圖可知，X極上NH3得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成H2和NH2－；

②由圖可知，陽極Y極上NH2－失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成N2和NH3；

③若圖c中支持電解質(zhì)改用NH4Cl，陰極上NH4＋得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成H2和NH3。

（3）①由圖可知，溫度為300℃，總壓為101kPa時，圖b中b點為平衡點，

（1）將已知反應(yīng)依次編號為①②，由蓋斯定律可知×①+×②可得快速制氫反應(yīng)，則＝×（+45.9kJ/mol）+×（—318 kJ/mol）=—75.4 kJ/mol，故答案為：—75.4；

（2）由表格數(shù)據(jù)可知，當(dāng)氨氣濃度減小一半所需時間的增加值為440、440×、440××、440×××，則t5=770+440×××=825；c(NH3)的值從4.56×10－3變化至2.28×10－3的過程中，平均反應(yīng)速率試v(H2)=v(NH3)= ×=7.77×10—6mol·L－1·S－1，故答案為：825；7.77×10—6；

（3）①由圖可知，溫度為300℃，總壓為101kPa時，圖b中b點為平衡點，v(正)=v(逆)，c點反應(yīng)為達(dá)到平衡，v(正)>v(逆)，故答案為：c；

②催化劑能夠降低反應(yīng)的活化能，則為降低NH3分解的活化能的措施為使用催化劑，故答案為：使用合適催化劑；

（4）①由圖可知，X極上NH3得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成H2和NH2－，則X極為電解池的陰極，故答案為：陰極；

②由圖可知，陽極Y極上NH2－失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成N2和NH3，電極反應(yīng)式為6NH2－—6e—= N2↑+4NH3，故答案為：6NH2－—6e—= N2↑+4NH3；

③若圖c中支持電解質(zhì)改用NH4Cl，陰極上NH4＋得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成H2和NH3，電極反應(yīng)式為2NH4＋+2e—= H2↑+2NH3，故答案為：2NH4＋+2e—= H2↑+2NH3。