Question

【題目】液氨作為一種潛在的清潔汽車燃料，它在安全性、價(jià)格等方面較化石燃料和氫燃料有著較大的優(yōu)勢。請回答下列問題：

Ⅰ.已知反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的活化能Ea1=akJ/mol，相關(guān)化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)鍵	H-H	N≡N	N-H
鍵能/kJ·mol-1	436	946	391

(1)反應(yīng)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能Ea2=______kJ/mol(用含a的代數(shù)式表示)；

(2)已知：

① 4NH3(g)+3O2(g)＝2N2(g)+6H2O(l) △H1

② 4NH3(g)+5O2(g)＝4NO(g)+6H2O(l) △H2

③ 4NH3(g)+6NO(g)＝5N2(g)+6H2O(l) △H3

則△H1、△H2、△H3三者之間的關(guān)系為：△H3= ______________ ；

Ⅱ.利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時MV2+/MV+在電極與酶之間傳遞電子，工作原理如圖所示。

(3)負(fù)極的電極反應(yīng)式為_______________；

(4)當(dāng)電路中通過3mol電子時，可產(chǎn)生氨氣的體積(標(biāo)況下)為_______L；正極區(qū)中n(H+)______(填“增加”、“減少”或“不變”)；

(5)該裝置在高溫下不能正常工作，原因是_____。

Answer 1

【答案】(a+92) MV+ -e- ＝MV2+ 22.4 不變 高溫下氫化酶會失去催化活性

【解析】

Ⅰ.(1)△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，可以算出反應(yīng)熱，焓變等于正逆反應(yīng)的活化能之差，且物質(zhì)的量與能量成正比。

(2)根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算；

Ⅱ.生物燃料電池的工作原理是N2+3H22NH3，其中N2在正極區(qū)得電子發(fā)生還原反應(yīng)，H2在負(fù)極區(qū)失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，原電池工作時陽離子向正極區(qū)移動，據(jù)此分析判斷。

Ⅰ.(1)N2(g)+3H2 (g)2NH3(g)△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能=(946+436×3)kJmol-1-(6×391)kJmol-1=-92 kJmol-1，合成氨反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的活化能Ea1=akJ/mol，氨分解的活化能Ea2，則有△H= Ea1- Ea2=-92 kJmol-1，所以Ea2=(a+92) kJmol-1，故答案為：(a+92)；

(2)已知：① 4NH3(g)+3O2(g)＝2N2(g)+6H2O(l) △H1

② 4NH3(g)+5O2(g)＝4NO(g)+6H2O(l) △H2

根據(jù)蓋斯定律可知反應(yīng)③=①-②，所以△H3=，故答案為：；

Ⅱ.(3)負(fù)極區(qū)發(fā)生氧化反應(yīng)，電極上的反應(yīng)為：MV+ -e- ＝MV2+，故答案為：MV+ -e- ＝MV2+；

(4)負(fù)極區(qū)氫氣在氫化酶的作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)式為H2+2MV2+═2H++2MV+，正極區(qū)得電子發(fā)生還原反應(yīng)，生成NH3，發(fā)生反應(yīng)：N2+6H++6MV+═6MV2++2NH3，根據(jù)反應(yīng)可知轉(zhuǎn)移6mol電子時生成2mol氨氣，負(fù)極區(qū)產(chǎn)生6mol氫離子進(jìn)入正極區(qū)，同時正極區(qū)消耗6mol氫離子，故氫離子總量不變，當(dāng)電路中通過3mol電子時，可產(chǎn)生氨氣的體積(標(biāo)況下)為22.4L，正極區(qū)中n(H+)不變，故答案為：22.4；不變；

(5)高溫條件下會導(dǎo)致氫化酶失活，故答案為：高溫下氫化酶會失去催化活性。