Question

17．液氨是一種良好的儲氫物質(zhì)．

已知：①2NH₃（g）?N₂ （g）+3H₂（g）△H=+92.4kJ•mol^-1
②液氨中2NH₃（l）?NH₂^-+NH₄⁺
（1）氨氣自發(fā)分解的反應(yīng)條件是高溫（填“低溫”或“高溫”）．
（2）圖1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．反應(yīng)的活化能最大的是Fe（填催化劑的化學式）．
（3）其他條件相同，反應(yīng)①在不同催化劑作用下反應(yīng)相同時間后，氨氣的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化如圖2所示．
①a點所代表的狀態(tài)是（填“是”或“不是”）平衡狀態(tài)．
②c點氨氣的轉(zhuǎn)化率高于b點，原因是b、c點均未達到平衡，c點溫度較高，反應(yīng)速率較快，故氨氣的轉(zhuǎn)化率較高．
③請在圖2中再添加一條Ni催化分解氨氣過程的總趨勢曲線．
④假設(shè)Ru催化下，溫度為750℃時，氨氣的初始濃度為c₀，平衡轉(zhuǎn)化率為40%，則該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.12 c₀²．
（4）用Pt電極對液氨進行電解也可產(chǎn)生H₂和N₂．陰極的電極反應(yīng)式是2NH₃+2e^-=H₂↑+2NH₂^-．

Answer 1

分析 （1）氨氣分解為熵增的反應(yīng)，根據(jù)△G=△H-T△S＜0，反應(yīng)可以自發(fā)進行；
（2）反應(yīng)的活化能越高，則反應(yīng)中活化分子數(shù)越少，反應(yīng)速率越慢；
（3）①850°以后氨氣的轉(zhuǎn)化率不變，說明a點處于平衡狀態(tài)；
②b、c點均未達到平衡，c點溫度較高，反應(yīng)速率較快；
③Ni催化分解氨氣，平衡時α（NH₃）不變，Ni的催化效率高于Fe、小于Rh，一定溫度下，氨氣的轉(zhuǎn)化率應(yīng)大于Fe、小于Rh；
④根據(jù)氨氣的轉(zhuǎn)化率，計算平衡時氨氣濃度變化量，利用三段式計算平衡時各組分的濃度，代入平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{3}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$計算；
（4）液氨中氨氣發(fā)生微弱電離得到NH₂^-與NH₄⁺，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，類比水的電解，可知陰極上NH₃獲得電子生成H₂與NH₂^-．

解答 解：（1）△G=△H-T△S＜0，反應(yīng)可以自發(fā)進行，氨氣分解為熵增的反應(yīng)，且△H為增大反應(yīng)，故反應(yīng)在高溫下可以自發(fā)進行，
故答案為：高溫；
（2）反應(yīng)的活化能越高，則反應(yīng)中活化分子數(shù)越少，反應(yīng)速率越慢，則氨氣的分解速率最慢的反應(yīng)中，氨氣分解反應(yīng)的活化能最大，即當Fe作催化劑時活化能最大，
故答案為：Fe；
（3）①850°以后氨氣的轉(zhuǎn)化率不變，說明a點處于平衡狀態(tài)，故答案為：是；
②b、c點均未達到平衡，c點溫度較高，反應(yīng)速率較快，氨氣的轉(zhuǎn)化率較高，
故答案為：b、c點均未達到平衡，c點溫度較高，反應(yīng)速率較快，氨氣的轉(zhuǎn)化率較高；
③Ni催化分解氨氣，平衡時α（NH₃）不變，Ni的催化效率高于Fe、小于Rh，一定溫度下，氨氣的轉(zhuǎn)化率應(yīng)大于Fe、小于Rh，故Ni催化分解氨氣過程的總趨勢曲線為，
故答案為：；
④氨氣的初始濃度為c₀，平衡轉(zhuǎn)化率為40%，則平衡時氨氣濃度變化量為0.4c₀，則：
             2NH₃（g）?N₂ （g）+3H₂（g）
開始（mol/L）：c₀         0        0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：0.4c₀ 0.2c₀ 0.6c₀
平衡（mol/L）：0.6c₀ 0.2c₀0.6c₀
故平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{3}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=$\frac{0.2{c}_{0}×（0.6{c}_{0}）^{3}}{（0.6{c}_{0}）^{2}}$=0.12 c₀²，
故答案為：0.12 c₀²；
（4）液氨中氨氣發(fā)生微弱電離得到NH₂^-與NH₄⁺，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，類比水的電解，可知陰極上NH₃獲得電子生成H₂與NH₂^-，陰極的電極反應(yīng)式是：2NH₃+2e^-=H₂↑+2NH₂^-，
故答案為：2NH₃+2e^-=H₂↑+2NH₂^-．

點評 本題考查反應(yīng)自發(fā)性判斷、化學反應(yīng)速率及化學平衡影響因素、平衡常數(shù)計算、電解原理，側(cè)重考查學生的分析能力、對知識的應(yīng)用能力，難度中等．