Question

【題目】氨在化肥生產(chǎn)、儲氫及環(huán)境治理等領域發(fā)揮著重要作用。

（1）中科院固體研究所的趙惠軍和張海民研究團隊以MoS2為催化劑，通過調節(jié)催化劑/電解質的表界面相互作用，在不同電解質溶液中實現(xiàn)常溫電催化合成氨，其反應歷程與相對能量模擬計算結果如圖1。將Na2SO4溶液換成Li2SO4溶液后，反應速率明顯加快的主要原因是加快了下列__轉化的反應速率(填標號)。

A．N2→*N2 B．*N2→*N2H C．*N2H3→*N D．*NH→*NH2

（2）2017年Dr.KatsutoshiNagaoka等帶領的研究團隊開發(fā)了一種可以“快速啟動的氨制氫工藝”。

已知：NH3(g)=H2(g)+N2(g) ΔH1=+45.9kJ·mol-1

NH3(g)+O2(g)=H2O(g)+N2(g) ΔH2=-318kJ·mol-1

則快速制氫反應NH3(g)+O2(g)=H2(g)+H2O(g)+N2(g)的ΔH=___kJ·mol-1。

（3）氨在高溫下分解可以產(chǎn)生氫氣和氮氣。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：

表中的t5的值為___。c(NH3)的值從2.28×10-3變化至1.14×10-3的過程中，平均反應速率v(H2)=___ mol·L-1·s-1（保留三位有效數(shù)字）。

（4）氨催化氧化時會發(fā)生兩個競爭反應：

Ⅰ：4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH=－905.0kJ·mol-1

Ⅱ：4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) ΔH=－1266.6kJ·mol-1

為分析某催化劑對反應的選擇性，在1L密閉容器中存入1mol氨氣和2mol的氧氣，測得有關物質的物質的量隨溫度變化的關系如圖2。

①該催化劑在低溫時，選擇反應___（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。

②520℃時，4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)的平衡常數(shù)K=___（只需列出數(shù)字計算式，無需計算結果）。

（5）華南理工大學提出利用電解法制H2O2并用產(chǎn)生的H2O2處理廢氨水，裝置如圖3所示。

①IrRu惰性電極有吸附O2的作用，該電極上的反應為__。

②理論上電路中每轉移3mol電子，最多可以處理NH3·H2O的物質的量為__。

Answer 1

【答案】B ﹣75.4 825 7.77×10﹣6 II O2+2e﹣+2H+＝H2O2 1mol

【解析】

(1)化學反應速率快慢取決于慢反應的速率；

(2)①NH3(g)═H2(g)+N2(g)△H1＝+45.9kJmol﹣1，②NH3(g)+O2(g)═H2O(g)+N2(g)△H2＝﹣318kJmol﹣1，根據(jù)蓋斯定律可知方程式①×+②×得方程式NH3(g)+O2(g)═H2O(g)+N2(g)+H2(g)的△H進行相應改變；

(3)表中NH3分解的半衰期規(guī)律：440s、220s、110s、55s、27.5s、…，c(NH3)的值從2.28×10﹣3變化至1.14×10﹣3的過程中，平均反應速率(NH3)＝＝mol/(L·s)＝5.18×10﹣6 mol/(L·s)，相同時間內v(H2)＝v(NH3)；

(4)①根據(jù)圖象分析，在溫度較低時，產(chǎn)生較多的是氮氣；

②可逆反應：

可逆反應：

則平衡時c(NH3)＝(1﹣0.2﹣0.4)mol/L＝0.4mol/L、c(O2)＝(2﹣0.25﹣0.3)mol/L＝1.45mol/L，c(NO)＝c(N2)＝0.2mol/L、c(H2O)＝(0.3+0.6)mol＝0.9mol，反應4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)的K＝；

(5)①IrRu惰性電極有吸附O2 的作用，該電極上氧氣得電子和氫離子反應生成雙氧水；

②雙氧水具有強氧化性，能氧化一水合氨生成氮氣，則消耗1mol一水合氨轉移3mol電子。

(1)化學反應速率快慢取決于慢反應的速率，能量越高反應速率越慢，根據(jù)圖知，反應速率取決于*N2→*N2H，*N2→*N2H中能量變低，所以化學反應速率變化明顯，故答案為：B；

(2)①NH3(g)═H2(g)+N2(g)△H1＝+45.9kJmol﹣1，②NH3(g)+O2(g)═H2O(g)+N2(g)△H2＝﹣318kJmol﹣1，根據(jù)蓋斯定律可知方程式①×+②×得方程式NH3(g)+O2(g)═H2O(g)+N2(g)+H2(g)的△H＝(+45.9kJmol﹣1)×+(﹣318kJmol﹣1)×＝﹣75.4kJ/mol；

(3)表中NH3分解的半衰期規(guī)律：440s、220s、110s、55s、27.5s、…，所以t5＝770s+55s＝825s；c(NH3)的值從2.28×10﹣3變化至1.14×10﹣3的過程中，平均反應速率(NH3)＝＝mol/(L·s)＝5.18×10﹣6 mol/(L·s)，相同時間內v(H2)＝v(NH3)＝×5.18×10﹣6 mol/(L·s)＝7.77×10﹣6 mol/(L·s)；

(4)①由圖可知，該催化劑在高溫時，生成的NO物質的量遠大于氮氣的，故該催化劑在高溫下選擇反應I，低溫時選擇反應II，故答案為：II；

②可逆反應：

可逆反應：

則平衡時c(NH3)＝(1﹣0.2﹣0.4)mol/L＝0.4mol/Lc(O2)＝(2﹣0.25﹣0.3)mol/L＝1.45mol/L，c(NO)＝c(N2)＝0.2mol/L、c(H2O)＝(0.3+0.6)mol＝0.9mol，此時4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)的K＝＝；

(5)①IrRu惰性電極有吸附O2 的作用，該電極上氧氣得電子和氫離子反應生成雙氧水，電極反應式為O2+2e﹣+2H+＝H2O2；

②雙氧水具有強氧化性，能氧化一水合氨生成氮氣，則消耗1mol一水合氨轉移3mol電子，則電路中每轉移3 mol 電子，最多可以處理NH3H2O 的物質的量為1mol。