Question

液氨是一种良好的储氢物质。

已知：① 2NH₃(g) N₂ (g) + 3H₂(g)     ΔH = +92.4 kJ·mol^－1

② 液氨中2NH₃(l) NH₂^－ + NH₄^＋

（1）氨气自发分解的反应条件是         （填“低温”或“高温”）。

（2）图1为某温度下等质量的不同金属分别催化等浓度氨气分解生成氢气的初始速率。反应的活化能最大 的是           (填催化剂的化学式)。

（3）其他条件相同，反应①在不同催化剂作用下反应相同时间后，氨气的转化率随反应温度的变化如图2所示。

①a点所代表的状态________（填“是”或“不是”）平衡状态。

②c点氨气的转化率高于b点，原因是                                            。

③请在图2中再添加一条Ni催化分解氨气过程的总趋势曲线。

④假设Ru催化下，温度为750℃时，氨气的初始浓度为c₀，平衡转化率为40%，则该温度下此反应的 平衡常数K =                  。

（4）用Pt电极对液氨进行电解也可产生H₂和N₂。阴极的电极反应式是                     。

Answer

（1）高温(2分)

（2）Fe(2分)

（3）①是 （2分）

②b、c点均未达到平衡，c点温度较高，反应速率较快，故氨气的转化率较高。（3分，3个得分点，答对1个得1分）

③见图曲线 Ni(2分)

④或0.12 c02 (2分)

（4）2NH3 + 2e－ = H2 + 2NH2－ 或2NH4+ +2e－ = H2↑+2NH3 (3分，没配平扣1分)

【解析】

试题分析：（1）氨气分解反应是吸热反应，熵增大，根据ΔG=ΔH-ΔST，反应要自发进行，ΔG＜0，那么需要高温。

（2）反应的活化能最大，反应慢，反应速率最慢的是Fe，所以活化能最大的是Fe。

（3）①a点时氨气的转化率不再改变，故反应达到了平衡。

②c点氨气的转化率高于b点，是因为b、c点均未达到平衡，c点温度较高，反应速率较快，故氨气的转化率较高。

③根据图1知道Ni的催化效果介于Rh和Fe之间，故图像为：

。

④根据反应2NH3(g) N2 (g) + 3H2(g)，氨气的初始浓度为c0，平衡转化率为40%，可知平衡时NH3的浓度为0.6 c0，N2 和 H2的浓度为0.2 c0、0.6 c0，平衡常数为K=c(N2) ·c3(H2)/ c2(NH3)= 0.2 c0×(0.6 c0)3/(0.6 c0)2=0.12 c02。

（4）阴极得到电子，元素化合价降低，氨生成H2和N2，H元素的化合价降低，故反应为：2NH3 + 2e－=H2 + 2NH2－。

考点：反应自发性的判断、化学图像的分析、平衡常数的计算、电解时电极反应的书写。