Question

【题目】氨在化肥生产、储氢及环境治理等领域发挥着重要作用。

（1）中科院固体研究所的赵惠军和张海民研究团队以MoS2为催化剂，通过调节催化剂/电解质的表界面相互作用，在不同电解质溶液中实现常温电催化合成氨，其反应历程与相对能量模拟计算结果如图1。将Na2SO4溶液换成Li2SO4溶液后，反应速率明显加快的主要原因是加快了下列__转化的反应速率(填标号)。

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

（2）2017年Dr.KatsutoshiNagaoka等带领的研究团队开发了一种可以“快速启动的氨制氢工艺”。

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

则快速制氢反应NH3(g)+O2(g)=H2(g)+H2O(g)+N2(g)的ΔH=___kJ·mol-1。

（3）氨在高温下分解可以产生氢气和氮气。1100℃时，在钨丝表面NH3分解的半衰期（浓度减小一半所需时间）如下表所示：

表中的t5的值为___。c(NH3)的值从2.28×10-3变化至1.14×10-3的过程中，平均反应速率v(H2)=___ mol·L-1·s-1（保留三位有效数字）。

（4）氨催化氧化时会发生两个竞争反应：

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

为分析某催化剂对反应的选择性，在1L密闭容器中存入1mol氨气和2mol的氧气，测得有关物质的物质的量随温度变化的关系如图2。

①该催化剂在低温时，选择反应___（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。

②520℃时，4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)的平衡常数K=___（只需列出数字计算式，无需计算结果）。

（5）华南理工大学提出利用电解法制H2O2并用产生的H2O2处理废氨水，装置如图3所示。

①IrRu惰性电极有吸附O2的作用，该电极上的反应为__。

②理论上电路中每转移3mol电子，最多可以处理NH3·H2O的物质的量为__。

Answer 1

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

【解析】

(1)化学反应速率快慢取决于慢反应的速率；

(2)①NH3(g)═H2(g)+N2(g)△H1＝+45.9kJmol﹣1，②NH3(g)+O2(g)═H2O(g)+N2(g)△H2＝﹣318kJmol﹣1，根据盖斯定律可知方程式①×+②×得方程式NH3(g)+O2(g)═H2O(g)+N2(g)+H2(g)的△H进行相应改变；

(3)表中NH3分解的半衰期规律：440s、220s、110s、55s、27.5s、…，c(NH3)的值从2.28×10﹣3变化至1.14×10﹣3的过程中，平均反应速率(NH3)＝＝mol/(L·s)＝5.18×10﹣6 mol/(L·s)，相同时间内v(H2)＝v(NH3)；

(4)①根据图象分析，在温度较低时，产生较多的是氮气；

②可逆反应：

可逆反应：

则平衡时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，反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)的K＝；

(5)①IrRu惰性电极有吸附O2 的作用，该电极上氧气得电子和氢离子反应生成双氧水；

②双氧水具有强氧化性，能氧化一水合氨生成氮气，则消耗1mol一水合氨转移3mol电子。

(1)化学反应速率快慢取决于慢反应的速率，能量越高反应速率越慢，根据图知，反应速率取决于*N2→*N2H，*N2→*N2H中能量变低，所以化学反应速率变化明显，故答案为：B；

(2)①NH3(g)═H2(g)+N2(g)△H1＝+45.9kJmol﹣1，②NH3(g)+O2(g)═H2O(g)+N2(g)△H2＝﹣318kJmol﹣1，根据盖斯定律可知方程式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分解的半衰期规律：440s、220s、110s、55s、27.5s、…，所以t5＝770s+55s＝825s；c(NH3)的值从2.28×10﹣3变化至1.14×10﹣3的过程中，平均反应速率(NH3)＝＝mol/(L·s)＝5.18×10﹣6 mol/(L·s)，相同时间内v(H2)＝v(NH3)＝×5.18×10﹣6 mol/(L·s)＝7.77×10﹣6 mol/(L·s)；

(4)①由图可知，该催化剂在高温时，生成的NO物质的量远大于氮气的，故该催化剂在高温下选择反应I，低温时选择反应II，故答案为：II；

②可逆反应：

可逆反应：

则平衡时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，此时4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)的K＝＝；

(5)①IrRu惰性电极有吸附O2 的作用，该电极上氧气得电子和氢离子反应生成双氧水，电极反应式为O2+2e﹣+2H+＝H2O2；

②双氧水具有强氧化性，能氧化一水合氨生成氮气，则消耗1mol一水合氨转移3mol电子，则电路中每转移3 mol 电子，最多可以处理NH3H2O 的物质的量为1mol。