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18. (5分)(2026南充)阅读科普短文。
氢气是一种高能的清洁能源,近年来受到广泛关注。然而,常温下,氢气难以液化,在运输过程中容易泄漏,且易燃易爆,很难实现长距离、大规模的输送。
为解决这一难题,现代工业采用先进的催化合成工艺,将氢气与氮气在高温、高压和催化剂的条件下转化为氨气。氨气在加压、常温下易液化,规避了高压储氢的安全风险,使得大规模、长周期、远距离的清洁能源的存储与运输成为可能。液氨输送到目的地后,再利用氨气在$400\ °\mathrm{C}$、常压和催化剂的条件下,分解为氮气和氢气,提供氢能。
氨气分解的催化剂主要有两类,一类是贵金属如钌;另一类是非贵金属如镍、铁。催化剂颗粒的大小及载体的类型都会影响催化剂的催化能力和稳定性。如钌使用具有高孔隙结构的碳纳米管作为载体,有利于钌的分散,提高了主要以钌起催化作用的钌基催化剂的催化能力。催化剂的部分性能对比如下表所示。
氨气分解时,氨气的转化率$=\dfrac{\mathrm{分解的氨气质量}}{\mathrm{投入的氨气质量}}×100\%$,转化率受温度、压强等因素的影响,如图是钌基作催化剂时,不同压力下氨气的转化率随反应温度变化的情况。
我国广西南宁、广东佛山已先后建成商业化氨气分解制氢加氢一体站,这为氢能源的安全储运和规模化利用提供了新范式。
依据文章内容,回答下列问题。
(1)氢气在运输过程中容易穿透管道发生泄漏,从微观角度分析其主要原因是。
(2)工业上用氢气和氮气合成氨气($\mathrm{NH}_3$)的化学方程式为。
(3)根据上表信息,判断工业大规模生产氨气最好选用哪一种催化剂,并阐述原因。
(4)下列说法正确的是(填字母)。
A.常温下液氨化学性质活泼,所以它能长距离、大规模输送
B.氨气分解时使用不同的催化剂,能改变氨气的转化率
C.碳纳米管具有高孔隙结构导致表面积小,故作为载体有利于钌的分散
D.氢能源的使用有利于推进能源低碳转型,实现碳达峰
(5)由上图可以得到的结论是在其他条件相同时,在实验研究的条件范围内,(写一条)。
氢气是一种高能的清洁能源,近年来受到广泛关注。然而,常温下,氢气难以液化,在运输过程中容易泄漏,且易燃易爆,很难实现长距离、大规模的输送。
为解决这一难题,现代工业采用先进的催化合成工艺,将氢气与氮气在高温、高压和催化剂的条件下转化为氨气。氨气在加压、常温下易液化,规避了高压储氢的安全风险,使得大规模、长周期、远距离的清洁能源的存储与运输成为可能。液氨输送到目的地后,再利用氨气在$400\ °\mathrm{C}$、常压和催化剂的条件下,分解为氮气和氢气,提供氢能。
氨气分解的催化剂主要有两类,一类是贵金属如钌;另一类是非贵金属如镍、铁。催化剂颗粒的大小及载体的类型都会影响催化剂的催化能力和稳定性。如钌使用具有高孔隙结构的碳纳米管作为载体,有利于钌的分散,提高了主要以钌起催化作用的钌基催化剂的催化能力。催化剂的部分性能对比如下表所示。
氨气分解时,氨气的转化率$=\dfrac{\mathrm{分解的氨气质量}}{\mathrm{投入的氨气质量}}×100\%$,转化率受温度、压强等因素的影响,如图是钌基作催化剂时,不同压力下氨气的转化率随反应温度变化的情况。
我国广西南宁、广东佛山已先后建成商业化氨气分解制氢加氢一体站,这为氢能源的安全储运和规模化利用提供了新范式。
依据文章内容,回答下列问题。
(1)氢气在运输过程中容易穿透管道发生泄漏,从微观角度分析其主要原因是。
(2)工业上用氢气和氮气合成氨气($\mathrm{NH}_3$)的化学方程式为。
(3)根据上表信息,判断工业大规模生产氨气最好选用哪一种催化剂,并阐述原因。
(4)下列说法正确的是(填字母)。
A.常温下液氨化学性质活泼,所以它能长距离、大规模输送
B.氨气分解时使用不同的催化剂,能改变氨气的转化率
C.碳纳米管具有高孔隙结构导致表面积小,故作为载体有利于钌的分散
D.氢能源的使用有利于推进能源低碳转型,实现碳达峰
(5)由上图可以得到的结论是在其他条件相同时,在实验研究的条件范围内,(写一条)。
答案
解：
(1) 氢分子的体积很小，且在不断地运动
(2) $\ce{N_{2} + 3H_{2}\xlongequal[高温、高压]{催化剂} 2NH_{3}}$
(3) 选用铁基催化剂，铁基催化剂成本低廉，可大幅降低工业大规模生产的成本，更适合大规模推广使用
(4) BD
(5) 温度越高，氨气的转化率越高（或压强越大，氨气的转化率越低，合理即可）
(1) 氢分子的体积很小，且在不断地运动
(2) $\ce{N_{2} + 3H_{2}\xlongequal[高温、高压]{催化剂} 2NH_{3}}$
(3) 选用铁基催化剂，铁基催化剂成本低廉，可大幅降低工业大规模生产的成本，更适合大规模推广使用
(4) BD
(5) 温度越高，氨气的转化率越高（或压强越大，氨气的转化率越低，合理即可）
解析
【分析】本题为化学科普阅读题，解题时需结合题干信息与化学基础知识逐一分析各小问：①第(1)问需从分子的基本性质（体积小、不断运动）角度分析氢气泄漏的微观原因；②第(2)问需根据合成氨的反应物、反应条件及产物，正确书写化学方程式；③第(3)问需从文中关于催化剂成本、适用性的描述，判断适合工业大规模生产的催化剂；④第(4)问需逐一分析选项，结合文中内容与化学常识判断正误；⑤第(5)问需分析图像中温度、压强与氨气转化率的关系，得出合理结论。
【解析】
(1) 氢气泄漏的微观原因是氢分子的体积很小，且在不断地运动，容易透过管道的缝隙发生泄漏；
(2) 氢气与氮气在高温、高压和催化剂条件下合成氨气，化学方程式为$\ce{N_{2} + 3H_{2}\xlongequal[高温、高压]{催化剂} 2NH_{3}}$；
(3) 工业大规模生产氨气最好选用铁基催化剂，原因是铁基催化剂成本低廉，可大幅降低工业大规模生产的成本，更适合大规模推广使用；
(4) 逐一分析选项：A选项，常温下液氨易液化，并非化学性质活泼，错误；B选项，催化剂会影响催化能力，能改变氨气的转化率，正确；C选项，碳纳米管具有高孔隙结构导致表面积大，而非小，错误；D选项，氢能源燃烧产物为水，无污染，有利于推进能源低碳转型，实现碳达峰，正确，故选BD；
(5) 分析图像可知，在其他条件相同时，温度越高，氨气的转化率越高（或压强越大，氨气的转化率越低，合理即可）。
【答案】
(1) 氢分子的体积很小，且在不断地运动
(2) $\ce{N_{2} + 3H_{2}\xlongequal[高温、高压]{催化剂} 2NH_{3}}$
(3) 选用铁基催化剂，铁基催化剂成本低廉，可大幅降低工业大规模生产的成本，更适合大规模推广使用
(4) BD
(5) 温度越高，氨气的转化率越高（或压强越大，氨气的转化率越低，合理即可）
【知识点】
分子的性质、化学方程式书写、催化剂的应用
【点评】
本题以氢能的安全储运为背景，将化学知识与实际工业生产、能源利用相结合，考查学生的信息提取能力和化学基础知识的应用能力，体现了化学学科的实用性，难度适中。
【难度系数】
0.6
【解析】
(1) 氢气泄漏的微观原因是氢分子的体积很小，且在不断地运动，容易透过管道的缝隙发生泄漏；
(2) 氢气与氮气在高温、高压和催化剂条件下合成氨气，化学方程式为$\ce{N_{2} + 3H_{2}\xlongequal[高温、高压]{催化剂} 2NH_{3}}$；
(3) 工业大规模生产氨气最好选用铁基催化剂，原因是铁基催化剂成本低廉，可大幅降低工业大规模生产的成本，更适合大规模推广使用；
(4) 逐一分析选项：A选项，常温下液氨易液化，并非化学性质活泼，错误；B选项，催化剂会影响催化能力，能改变氨气的转化率，正确；C选项，碳纳米管具有高孔隙结构导致表面积大，而非小，错误；D选项，氢能源燃烧产物为水，无污染，有利于推进能源低碳转型，实现碳达峰，正确，故选BD；
(5) 分析图像可知，在其他条件相同时，温度越高，氨气的转化率越高（或压强越大，氨气的转化率越低，合理即可）。
【答案】
(1) 氢分子的体积很小，且在不断地运动
(2) $\ce{N_{2} + 3H_{2}\xlongequal[高温、高压]{催化剂} 2NH_{3}}$
(3) 选用铁基催化剂，铁基催化剂成本低廉，可大幅降低工业大规模生产的成本，更适合大规模推广使用
(4) BD
(5) 温度越高，氨气的转化率越高（或压强越大，氨气的转化率越低，合理即可）
【知识点】
分子的性质、化学方程式书写、催化剂的应用
【点评】
本题以氢能的安全储运为背景，将化学知识与实际工业生产、能源利用相结合，考查学生的信息提取能力和化学基础知识的应用能力，体现了化学学科的实用性，难度适中。
【难度系数】
0.6
