Question

【題目】氨在化肥生產(chǎn)、儲(chǔ)氫及環(huán)境治理等領(lǐng)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(tuán)隊(duì)以MoS2為催化劑，通過調(diào)節(jié)催化劑/電解質(zhì)的表界面相互作用，在不同電解質(zhì)溶液中實(shí)現(xiàn)常溫電催化合成氨，其反應(yīng)歷程與相對(duì)能量模擬計(jì)算結(jié)果如圖1。將Na2SO4溶液換成Li2SO4溶液后，反應(yīng)速率明顯加快的主要原因是加快了下列__轉(zhuǎn)化的反應(yīng)速率(填標(biāo)號(hào))。

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

（2）2017年Dr.KatsutoshiNagaoka等帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種可以“快速啟動(dòng)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(yīng)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?dú)狻?/span>1100℃時(shí)，在鎢絲表面NH3分解的半衰期（濃度減小一半所需時(shí)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(yīng)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(shí)會(huì)發(fā)生兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)：

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(duì)反應(yīng)的選擇性，在1L密閉容器中存入1mol氨氣和2mol的氧氣，測(cè)得有關(guān)物質(zhì)的物質(zhì)的量隨溫度變化的關(guān)系如圖2。

①該催化劑在低溫時(shí)，選擇反應(yīng)___（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。

②520℃時(shí)，4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)的平衡常數(shù)K=___（只需列出數(shù)字計(jì)算式，無(wú)需計(jì)算結(jié)果）。

（5）華南理工大學(xué)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(yīng)為__。

②理論上電路中每轉(zhuǎn)移3mol電子，最多可以處理NH3·H2O的物質(zhì)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(xué)反應(yīng)速率快慢取決于慢反應(yīng)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(jìn)行相應(yīng)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(yīng)速率(NH3)＝＝mol/(L·s)＝5.18×10﹣6 mol/(L·s)，相同時(shí)間內(nèi)v(H2)＝v(NH3)；

(4)①根據(jù)圖象分析，在溫度較低時(shí)，產(chǎn)生較多的是氮?dú)猓?/span>

②可逆反應(yīng)：

可逆反應(yīng)：

則平衡時(shí)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(yīng)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(yīng)生成雙氧水；

②雙氧水具有強(qiáng)氧化性，能氧化一水合氨生成氮?dú)�，則消耗1mol一水合氨轉(zhuǎn)移3mol電子。

(1)化學(xué)反應(yīng)速率快慢取決于慢反應(yīng)的速率，能量越高反應(yīng)速率越慢，根據(jù)圖知，反應(yīng)速率取決于*N2→*N2H，*N2→*N2H中能量變低，所以化學(xué)反應(yīng)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(yīng)速率(NH3)＝＝mol/(L·s)＝5.18×10﹣6 mol/(L·s)，相同時(shí)間內(nèi)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(shí)，生成的NO物質(zhì)的量遠(yuǎn)大于氮?dú)獾�，故該催化劑在高溫下選擇反應(yīng)I，低溫時(shí)選擇反應(yīng)II，故答案為：II；

②可逆反應(yīng)：

可逆反應(yīng)：

則平衡時(shí)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(shí)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(yīng)生成雙氧水，電極反應(yīng)式為O2+2e﹣+2H+＝H2O2；

②雙氧水具有強(qiáng)氧化性，能氧化一水合氨生成氮?dú)猓瑒t消耗1mol一水合氨轉(zhuǎn)移3mol電子，則電路中每轉(zhuǎn)移3 mol 電子，最多可以處理NH3H2O 的物質(zhì)的量為1mol。