能源与化工生产、生活等密切相关，氢能的有效利用是实现“碳达峰、碳中和”的重要途径。

1. 能源与化工生产、生活等密切相关，氢能的有效利用是实现“碳达峰、碳中和”的重要途径。

(1) 已知： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ； $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。则 $\text{[math]}$ 0(填“>”、“<”或“=”)，理由。

(2) $\text{[math]}$ 可用 $\text{[math]}$ 为原料制得。其热化学反应方程式为：

i $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ；

ii $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

①下列说法正确的是。

A．反应i在高温下不能自发进行

B．用NaOH溶液将 $\text{[math]}$ 吸收可以加快反应ii的速率

C．反应i、ii同时进行时，温度越高， $\text{[math]}$ 的平衡转化率越高

D． $\text{[math]}$ 可以通过石油的裂化和裂解得到

②相同温度下只发生反应i、ii时，生成 $\text{[math]}$ 的平衡产率随外界压强的增大而减少，试从化学平衡移动原理的角度加以解释：。

(3) $\text{[math]}$ 是近年来发现的氢含量最高、常温下呈稳定固态的新型储氢化合物，在Co催化剂的作用下可水解释放 $\text{[math]}$ 。

①Co催化剂可用 $\text{[math]}$ 还原 $\text{[math]}$ 制得(已知： $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 用量对Co催化剂的微晶尺寸没有影响)。不同 $\text{[math]}$ 用量制备的Co催化剂催化 $\text{[math]}$ 水解产氢体积随时间的变化如下图所示：

当 $\text{[math]}$ 时， $\text{[math]}$ 水解产氢速率反而降低的可能原因是。

② $\text{[math]}$ 水解脱氢后的再生可采用电解法，第一步是电解 $\text{[math]}$ 转化为 $\text{[math]}$ ，请写出该转化的电极反应。

【考点】

盖斯定律及其应用; 电极反应和电池反应方程式;

【答案】

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综合题普通

1. 我国科研团队将工业废气中的 $\text{[math]}$ 在催化条件下还原，实现了 $\text{[math]}$ 的绿色合成。主要反应有：

Ⅰ. $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

Ⅱ. $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

Ⅲ. $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

回答下列问题：

(1) 对反应Ⅰ：

① $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

②已知： $\text{[math]}$ ，图1中表示 $\text{[math]}$ 与T之间的关系正确的是(填字母)。

③相对能量及其部分反应历程关系如图2(Al~A4，B1~B4表示过渡态)。反应更容易按路径(填A或B)发生，该路径中形成过渡态(填编号)的反应速率最慢。

④下列说法正确的是。

A.平衡时， $\text{[math]}$

B.催化剂降低了反应的活化能，可以增大平衡转化率

C.恒温密闭的刚性容器中， $\text{[math]}$ 的分压不变时体系达到平衡状态

D.反应过程中催化剂可能会“中毒”，需对反应气进行净化处理

(2) 在恒压密闭容器中，分别按投料比 $\text{[math]}$ 为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 通入气体，若只发生反应Ⅰ和Ⅱ， $\text{[math]}$ 的平衡转化率 $\text{[math]}$ 及 $\text{[math]}$ 的选择性S随温度的变化曲线如图所示。

已知： $\text{[math]}$

$\text{[math]}$

①投料比为 $\text{[math]}$ 时， $\text{[math]}$ 的平衡转化率曲线为(填“e”或“f”)。

②温度升高， $\text{[math]}$ 选择性降低、 $\text{[math]}$ 的平衡转化率升高的原因是。

③投料比为 $\text{[math]}$ 、温度为320℃时，反应Ⅱ的平衡常数 $\text{[math]}$ (写出计算式即可，用物质的量分数代替平衡浓度)。

(3) 甲醇有多种用途，甲醇碱性(KOH)燃料电池中负极的电极反应式为。

综合题普通

2. 甲烷是一种重要的化工原料，广泛应用于工业中。回答下列问题：

(1) 甲烷在工业上可用于制备合成气： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ，在某密闭容器中通入 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，在不同条件下发生反应。测得平衡时 $\text{[math]}$ 的体积分数与温度、压强的关系如图所示。

① $\text{[math]}$ (填“<”“>”或“=”下同) $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 0。

②m、n、q三点的化学平衡常数大小关系为。

③q点甲烷的转化率为。

(2) 甲烷在一定条件下脱氢可生成乙烯，其反应如下： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。 $\text{[math]}$ 温度下，在体积为 $\text{[math]}$ 的刚性密闭容器中充入 $\text{[math]}$ 甲烷进行上述反应，容器内的总压强 $\text{[math]}$ 随时间 $\text{[math]}$ 的变化如下表所示：

反应时间/min	0	2	4	6	8	10	12
总压强 $\text{[math]}$	10.0	11.5	12.3	13.0	13.6	14.0	14.0

①下列有关说法正确的是。

A．当混合气的密度不变时，表明该反应已达到平衡状态

B．反应进行到第10分钟时刚好达到平衡

C．升温既可提高反应速率也能提高甲烷的转化率

D．使用适当的催化剂既可提高反应速率也能提高甲烷的转化率

E．该反应在较高温度下可自发进行

②实验测得 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ，其中 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 为速率常数，仅与温度有关， $\text{[math]}$ 温度时， $\text{[math]}$ (填数值)。

(3) 科研人员设计了甲烷燃料电池电解饱和食盐水装置如图所示，电池的电解质是掺杂了 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 的固体，可在高温下传导 $\text{[math]}$ 。

该电池工作时负极反应方程式为。

综合题普通

3. 甲酸是重要化工原料，在新能源领域应用潜力大，对环保和可持续发展也很重要。

(1) 根据以下信息，写出甲酸分解制氢的热化学方程式：。

已知： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

$\text{[math]}$ $\text{[math]}$

$\text{[math]}$ $\text{[math]}$

(2) 甲烷与 $\text{[math]}$ 定向转化制甲酸等物质的反应历程和能垒变化如图所示(部分自由基未画出)。有催化剂时，微粒吸附在催化剂表面进行反应。

①下列说法不正确的是。

A．甲烷定向制甲酸的反应是放热反应

B．该过程的决速步是甲烷产生自由基过程

C．从ⅰ→ⅱ的过程中，存在 $\text{[math]}$

D．微粒ⅱ和ⅲ是反应的中间体

②由 $\text{[math]}$ 生成 $\text{[math]}$ 的过程中， $\text{[math]}$ 产生自由基的过程可表示为。

(3) 利用甲酸钠脱除水体中的 $\text{[math]}$ ，反应的还原主产物是 $\text{[math]}$ ，存在中间产物 $\text{[math]}$ 和副产物 $\text{[math]}$ ，其他可能的还原产物不考虑。水体中 $\text{[math]}$ 初始浓度为 $\text{[math]}$ ，测得过程中 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ( $\text{[math]}$ 元素的含量)随时间变化如图所示。 $\text{[math]}$ 时 $\text{[math]}$ 转化完全，检测不到 $\text{[math]}$ 。

① $\text{[math]}$ 中N原子的杂化方式是。

②从开始到转化完全时，反应速率 $\text{[math]}$ 为(保留3位有效数字，下同) $\text{[math]}$ ，氮的脱除效率( $\text{[math]}$ )可以达到。

(4) 已知 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 。常温下， $\text{[math]}$ 的甲酸钠溶液中， $\text{[math]}$ (填“>”“<”或“=”) $\text{[math]}$ ，溶液 $\text{[math]}$ (写出此空的计算过程)。

综合题困难