Question

17．液氨是一种良好的储氢物质．

已知：①2NH₃（g）?N₂ （g）+3H₂（g）△H=+92.4kJ•mol^-1
②液氨中2NH₃（l）?NH₂^-+NH₄⁺
（1）氨气自发分解的反应条件是高温（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Fe（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点所代表的状态是（填“是”或“不是”）平衡状态．
②c点氨气的转化率高于b点，原因是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=0.12 c₀²．
（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2NH₃+2e^-=H₂↑+2NH₂^-．

Answer 1

分析 （1）氨气分解为熵增的反应，根据△G=△H-T△S＜0，反应可以自发进行；
（2）反应的活化能越高，则反应中活化分子数越少，反应速率越慢；
（3）①850°以后氨气的转化率不变，说明a点处于平衡状态；
②b、c点均未达到平衡，c点温度较高，反应速率较快；
③Ni催化分解氨气，平衡时α（NH₃）不变，Ni的催化效率高于Fe、小于Rh，一定温度下，氨气的转化率应大于Fe、小于Rh；
④根据氨气的转化率，计算平衡时氨气浓度变化量，利用三段式计算平衡时各组分的浓度，代入平衡常数表达式K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{3}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$计算；
（4）液氨中氨气发生微弱电离得到NH₂^-与NH₄⁺，阴极发生还原反应，类比水的电解，可知阴极上NH₃获得电子生成H₂与NH₂^-．

解答 解：（1）△G=△H-T△S＜0，反应可以自发进行，氨气分解为熵增的反应，且△H为增大反应，故反应在高温下可以自发进行，
故答案为：高温；
（2）反应的活化能越高，则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，
故答案为：Fe；
（3）①850°以后氨气的转化率不变，说明a点处于平衡状态，故答案为：是；
②b、c点均未达到平衡，c点温度较高，反应速率较快，氨气的转化率较高，
故答案为：b、c点均未达到平衡，c点温度较高，反应速率较快，氨气的转化率较高；
③Ni催化分解氨气，平衡时α（NH₃）不变，Ni的催化效率高于Fe、小于Rh，一定温度下，氨气的转化率应大于Fe、小于Rh，故Ni催化分解氨气过程的总趋势曲线为，
故答案为：；
④氨气的初始浓度为c₀，平衡转化率为40%，则平衡时氨气浓度变化量为0.4c₀，则：
             2NH₃（g）?N₂ （g）+3H₂（g）
开始（mol/L）：c₀         0        0
转化（mol/L）：0.4c₀ 0.2c₀ 0.6c₀
平衡（mol/L）：0.6c₀ 0.2c₀0.6c₀
故平衡常数表达式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，
故答案为：0.12 c₀²；
（4）液氨中氨气发生微弱电离得到NH₂^-与NH₄⁺，阴极发生还原反应，类比水的电解，可知阴极上NH₃获得电子生成H₂与NH₂^-，阴极的电极反应式是：2NH₃+2e^-=H₂↑+2NH₂^-，
故答案为：2NH₃+2e^-=H₂↑+2NH₂^-．

点评 本题考查反应自发性判断、化学反应速率及化学平衡影响因素、平衡常数计算、电解原理，侧重考查学生的分析能力、对知识的应用能力，难度中等．