氢气是一种清洁能源，工业制氢有多种途径。

1. 氢气是一种清洁能源，工业制氢有多种途径。

(1) 利用水煤气转化法制氢涉及的反应如下：

反应I： $\text{[math]}$

反应Ⅱ： $\text{[math]}$

在一定温度下，向容积固定为 $\text{[math]}$ 的密闭容器中加入足量的 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，起始压强为 $\text{[math]}$ ，发生反应I和Ⅱ。 $\text{[math]}$ 后达到平衡，此时 $\text{[math]}$ 的转化率为 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 的物质的量为 $\text{[math]}$ 。

①反应I能自发进行的条件是(填“高温”、“低温”或“任意温度”)。

②下列说法正确的是。

a．增大 $\text{[math]}$ 的用量，反应I生成 $\text{[math]}$ 的速率增大

b．混合气体的密度保持不变时，说明反应Ⅱ已达到平衡

c．平衡时 $\text{[math]}$ 的体积分数可能大于三分之二

d．除去体系中的 $\text{[math]}$ 可提高平衡时 $\text{[math]}$ 的含量

③此温度下反应Ⅱ的化学平衡常数 $\text{[math]}$ (用平衡分压代替平衡浓度，气体分压=总压×气体的物质的量分数)。

(2) 另一种绿色环保制氢技术“ $\text{[math]}$ 热循环制氢和甲酸”的原理为：在密闭容器中，铁粉与吸收 $\text{[math]}$ 制得的 $\text{[math]}$ 溶液反应，生成 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ； $\text{[math]}$ 再经生物柴油副产品转化为 $\text{[math]}$ 。实验中发现，在 $\text{[math]}$ 时，密闭容器中 $\text{[math]}$ 溶液与铁粉反应初期有 $\text{[math]}$ 生成并放出 $\text{[math]}$ 。随着反应进行， $\text{[math]}$ 迅速转化为活性 $\text{[math]}$ ，活性 $\text{[math]}$ 是 $\text{[math]}$ 转化为 $\text{[math]}$ 的催化剂，其可能反应机理如图所示。

①下列叙述正确的是。

a．电负性 $\text{[math]}$ ，因此吸附在 $\text{[math]}$ 上的H略带正电

b．升高温度生成 $\text{[math]}$ 的反应速率一定加快

c．吸附在 $\text{[math]}$ 上的H原子在步骤Ⅰ后生成了水

d．该制氢技术绿色环保原因之一是铁可以循环利用

②在其他条件相同时，测得 $\text{[math]}$ 的转化率、 $\text{[math]}$ 的产率随 $\text{[math]}$ 变化如图所示。

请分析 $\text{[math]}$ 的产率随 $\text{[math]}$ 增加而增大的可能原因是。

(3) 电解水制“绿氢”的技术也不断被突破，科技工作者设计了耦合 $\text{[math]}$ 高效制 $\text{[math]}$ 的方法，相同电量下 $\text{[math]}$ 理论产量是传统电解水的2倍，其装置如下图所示。则阳极电极反应式为。

【考点】

化学平衡常数; 化学平衡状态的判断; 电解池工作原理及应用;

【答案】

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综合题困难

通过化学的方法实现 $\text{[math]}$ 的资源化利用是一种非常理想的 $\text{[math]}$ 减排途径。

I.利用 $\text{[math]}$ 制备 $\text{[math]}$

一定温度下，在恒容密闭容器中进行如下反应： $\text{[math]}$

（1）该反应的平衡常数表达式 $\text{[math]}$ ________。

（2）下列事实能说明上述反应达到平衡状态的是_______(填字母序号)。

A. 体系内 $\text{[math]}$

B. 体系压强不再发生变化

C. 体系内 $\text{[math]}$ 浓度不再发生变化

D. 体系内 $\text{[math]}$ 的物质的量分数不再发生变化

II.利用 $\text{[math]}$ 制备甲醇( $\text{[math]}$ )

一定条件下，向恒容密闭容器中通入一定量的 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 。涉及反应如下：

主反应： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

副反应： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

已知： $\text{[math]}$ 产率 $\text{[math]}$

（3）一段时间后，测得体系中 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 产率=________(用代数式表示)。

（4）探究温度对反应速率的影响(其他条件相同)

实验测得不同温度下，单位时间内的 $\text{[math]}$ 转化率和 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 的物质的量之比[ $\text{[math]}$ ]如图所示。

由图可知，随着温度的升高， $\text{[math]}$ 转化率升高， $\text{[math]}$ 的值下降，解释其原因：________。

（5）探究温度和压强对平衡的影响(其他条件相同)不同压强下，平衡时 $\text{[math]}$ 转化率随温度的变化关系如图所示：

①压强 $\text{[math]}$ ________(填“大于”或“小于”) $\text{[math]}$ 。

②图2中温度高于 $\text{[math]}$ 时，两条曲线重叠的原因是________。

③下列条件中， $\text{[math]}$ 平衡产率最大的是________(填字母序号)。

A.220℃、 $\text{[math]}$ 　　　B.220℃、 $\text{[math]}$ 　　　C.300℃、 $\text{[math]}$

综合题困难

Ⅰ.近年来，随着聚酯工业的快速发展， $\text{[math]}$ 的需求量和 $\text{[math]}$ 的产出量也随之迅速增长。 $\text{[math]}$ 发明了直接氧化法(称作 $\text{[math]}$ 反应)： $\text{[math]}$ ，用 $\text{[math]}$ 将 $\text{[math]}$ 转化为 $\text{[math]}$ ，可提高效益，减少污染。传统上 $\text{[math]}$ 反应可通过如图所示的催化剂循环实现。

（1） $\text{[math]}$ 反应的 $\text{[math]}$ ________(用 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 表示)。

Ⅱ.氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物是科学研究的重点内容：在0.5L的密闭容器中，一定量的氮气和氢气进行如下化学反应： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ，其化学平衡常数 $\text{[math]}$ 与温度 $\text{[math]}$ 的关系如下表。

$\text{[math]}$	200	300	400
$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	0.5

请回答下列问题：

（2）试比较 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 的大小， $\text{[math]}$ ________ $\text{[math]}$ (填“>”、“=”或“<”)。

（3）下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据是_______(填序号字母)。

A. 容器内 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 的浓度之比为 $\text{[math]}$

B. $\text{[math]}$

C. 单位时间内生成 $\text{[math]}$ 的同时生成 $\text{[math]}$

D. 混合气体的密度保持不变

（4）400℃时，反应 $\text{[math]}$ 的平衡常数 $\text{[math]}$ ________，当测得 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 的浓度分别为 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 时，则该反应的 $\text{[math]}$ ________ $\text{[math]}$ (填“>”、“=”或“<”)。

（5）下图为一定温度下， $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 以1：3进行反应，平衡时， $\text{[math]}$ 的体积分数随压强的变化示意图

①随压强增大， $\text{[math]}$ 的体积分数增大的原因是________。

②比较b点和a点：平衡常数 $\text{[math]}$ ________ $\text{[math]}$ (填“>”、“<”或“=”)。

③计算b点的平衡常数 $\text{[math]}$ ________ $\text{[math]}$ (用分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数，结果保留2位有效数字)。

综合题困难

3. $\text{[math]}$ 为温室气体，可通过如下方法转化，实现“碳中和”。回答下列问题。

(1) 与 $\text{[math]}$ 相似，COS中各原子最外层都满足8电子结构，COS电子式可表示为。

(2) “Sabatier反应” $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ，实现了 $\text{[math]}$ 甲烷化，在特定温度下，由稳定态单质生成1mol化合物的焓变叫作该物质在此温度下的标准摩尔生成焓。表中为几种物质在298K的标准摩尔生成焓。

物质	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
标准摩尔生成焓/ $\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	0