题目

氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。 方法 I ：氨热分解法制氢气 相关化学键的键能数据 化学键 键能 946 436.0 390.8 一定温度下，利用催化剂将 分解为 和 。回答下列问题： (1) 反应 _______ ； (2) 已知该反应的 ，在下列哪些温度下反应能自发进行？ _______ ( 填标号 ) A．25 ℃ B．125 ℃ C．225 ℃ D．325 ℃ (3) 某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将 通入 3L 的密闭容器中进行反应 ( 此时容器内总压为 200kPa) ，各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。 ①若保持容器体积不变， 时反应达到平衡，用 的浓度变化表示 时间内的反应速率 _______ ( 用含 的代数式表示 ) ② 时将容器体积迅速缩小至原来的一半并保持不变，图中能正确表示压缩后 分压变化趋势的曲线是 _______ ( 用图中 a 、 b 、 c 、 d 表示 ) ，理由是 _______ ； ③在该温度下，反应的标准平衡常数 _______ 。 ( 已知：分压 = 总压 × 该组分物质的量分数，对于反应 ， ，其中 ， 、 、 、 为各组分的平衡分压 ) 。 方法 Ⅱ：氨电解法制氢气 利用电解原理，将氮转化为高纯氢气，其装置如图所示。 (4) 电解过程中 的移动方向为 _______ ( 填 “ 从左往右 ” 或 “ 从右往左 ”) ； (5) 阳极的电极反应式为 _______ 。 KOH 溶液 KOH 溶液 答案： +90.8 CD b 开始体积减半， N 2 分压变为原来的 2 倍，随后由于加压平衡逆向移动， N 2 分压比原来 2 倍要小 0.48 从右往左 2NH 3 -6e - +6OH - = N 2 +6H 2 O 【详解】 (1) 根据反应热 = 反应物的总键能 - 生成物的总键能， 2NH 3 (g) N 2 (g)+3H 2 (g) ， H =390.8kJ mol -1 -(946 kJ mol -1 +436.0kJ mol -1 )= +90.8kJ mol -1 ，故答案为： +90.8 ； (2) 若反应自发进行，则需 H -T S <0 ， T> = =456.5K ，即温度应高于 (456.5-273) ℃ =183.5 ℃， CD 符合，故答案为： CD ； (3) ①设 t 1 时达到平衡，转化的 NH 3 的物质的量为 2x ，列出三段式： 根据同温同压下，混合气体的物质的量等于体积之比， = ，解得 x=0.02mol ， (H 2 )= = mol L -1 min -1 ，故答案为： ； ② t 2 时将容器体积压缩到原来的一半，开始 N 2 分压变为原来的 2 倍，随后由于加压平衡逆向移动， N 2 分压比原来 2 倍要小，故 b 曲线符合，故答案为： b ；开始体积减半， N 2 分压变为原来的 2 倍，随后由于加压平衡逆向移动， N 2 分压比原来 2 倍要小； ③由图可知，平衡时， NH 3 、 N 2 、 H 2 的分压分别为 120 kPa 、 40 kPa 、 120 kPa ，反应的标准平衡常数 = =0.48 ，故答案为： 0.48 ； (4) 由图可知，通 NH 3 的一极氮元素化合价升高，发生氧化反应，为电解池的阳极，则另一电极为阴极，电解过程中 OH - 移向阳极，则从右往左移动，故答案为：从右往左； (5) 阳极 NH 3 失电子发生氧化反应生成 N 2 ，结合碱性条件，电极反应式为： 2NH 3 -6e - +6OH - = N 2 +6H 2 O ，故答案为： 2NH 3 -6e - +6OH - = N 2 +6H 2 O 。

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