Question

液氨是一种良好的储氢物质。

已知：①2NH₃(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

(16分)

（1）高温 （2）Fe

（3）①是

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见图曲线(红线为Ni)

④0.12 c02

（4）2NH3＋2e－ = H2＋2NH2－ 或2NH4＋ ＋2e－ = H2↑＋2NH3

【解析】

试题分析：（1）根据ΔH—TΔS＜0反应能自发进行，氨气分解是吸热且熵增的化学反应，所以氨气自发分解的反应条件是高温。

（2）反应的活化能越高，反应中活化分子数越少，反应速率越慢，则氨气的分解速率最慢的反应中，氨气分解反应的活化能最大，即当Fe作催化剂时活化能最大。

（3）①a点以后，氨气的转化率不再发生变化，所以a点所代表的状态是平衡状态。

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

③根据图1可知，Ni做催化剂时，氢气的生成速率比铁作催化剂时大，比Rh作催化剂时小，所以在图2中再添加一条Ni催化分解氨气过程的总趋势曲线在Ru与Fe曲线之间，如上图。

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%，平衡时氮气、氢气、氨气的浓度分别是0.6C0、0.2C0、0.6C0，则该温度下此反应的平衡常数K ==0.12 c02

（4）用Pt电极对液氨进行电解生成H2和N2，阴极氨气得电子生成氢气，则其阴极的电极反应式是：

2NH3＋2e－ = H2＋2NH2－ 。

考点：考查化学反应自发进行的判断，影响化学反应速率的因素，化学平衡常数及计算。