“一碳化學(xué)”是指以含一個(gè)碳原子的化合物合成一系列重要的化工原料和燃料的化學(xué)。利用“一碳化學(xué)”技術(shù)可有效實(shí)現(xiàn)工業(yè)制氫；該工業(yè)制氫方法主要涉及以下兩個(gè)反應(yīng)：
Ⅰ．CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）  ΔH₁=+247kJ/mol
Ⅱ．CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）  ΔH₂=-41kJ/mol
（1）298K時(shí)，1gH₂燃燒生成H₂O（g）放出熱量121kJ，1molH₂O（l）蒸發(fā)需要吸熱44kJ。則H₂燃燒熱的熱化學(xué)方程式為

H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）ΔH=-286kJ/mol

H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）ΔH=-286kJ/mol

。
（2）在溫度T下，往恒容密閉容器中通入等物質(zhì)的量的CH₄、CO₂混合氣體進(jìn)行上述兩個(gè)反應(yīng)，已知初始?jí)簭?qiáng)為100kPa,達(dá)平衡時(shí)CO₂與CO的分壓相等，體系壓強(qiáng)為120kPa。
①H₂的平衡分壓為

10

10

kPa；則該條件下，反應(yīng)Ⅰ的標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)平衡常數(shù)K^θ=

3

400

3

400

。[已知：分壓=總壓×該組分物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，對(duì)于反應(yīng)dD（g）+eE（g）?gG（g）+hH（g）  K^θ=

（

p

G

p

θ

）

g

?

（

p

H

p

θ

）

h

（

p

D

p

θ

）

d

?

（

p

E

p

θ

）

e

，其中p^θ=100kPa,p_G、p_H、p_D、p_E為各組分的平衡分壓]。
②體系中H₂的平衡含量隨溫度T的變化如圖所示，請(qǐng)解釋H₂的含量隨溫度變化的原因：

溫度低于T₁時(shí)以反應(yīng)Ⅰ為主導(dǎo)，溫度升高，平衡正向移動(dòng)，H₂的含量增大；高于T₁時(shí)以反應(yīng)Ⅱ?yàn)橹鲗?dǎo)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，使得H₂的含量減小且CO濃度增大，同時(shí)抑制反應(yīng)Ⅰ產(chǎn)生H₂

溫度低于T₁時(shí)以反應(yīng)Ⅰ為主導(dǎo)，溫度升高，平衡正向移動(dòng)，H₂的含量增大；高于T₁時(shí)以反應(yīng)Ⅱ?yàn)橹鲗?dǎo)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，使得H₂的含量減小且CO濃度增大，同時(shí)抑制反應(yīng)Ⅰ產(chǎn)生H₂

。

（3）研究表明，上述反應(yīng)Ⅱ在Fe₃O₄催化下進(jìn)行，反應(yīng)歷程如下：
第1步：Fe₃O₄（s）+4CO（g）?3Fe（s）+4CO₂（g）（慢反應(yīng)）  ΔH₃=-141kJ/mol
第2步：3Fe（s）+4H₂O（g）?Fe₃O₄（s）+4H₂（g）（快反應(yīng)）  ΔH₄
請(qǐng)?jiān)趫D中畫出CO和H₂O（g）在Fe₃O₄催化下反應(yīng)歷程的能量變化圖（體現(xiàn)各分步熱效應(yīng)數(shù)值）

。

（4）工業(yè)上也可利用太陽能光伏電池電解水制高純氫，工作示意圖如圖。通過控制開關(guān)連接K₁或K₂，可交替得到H₂和O₂。

①制H₂時(shí)，產(chǎn)生H₂的電極反應(yīng)式是

2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑

2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑

。
②改變開關(guān)連接方式，可得O₂。
③結(jié)合①和②中電極3的電極反應(yīng)式，說明電極3在使用中的優(yōu)點(diǎn)：

制H₂時(shí)，電極3發(fā)生反應(yīng)為Ni（OH）₂+OH^--e^-=NiOOH+H₂O，制O₂時(shí)，上述電極反應(yīng)逆向進(jìn)行，使電極3得以循環(huán)使用

制H₂時(shí)，電極3發(fā)生反應(yīng)為Ni（OH）₂+OH^--e^-=NiOOH+H₂O，制O₂時(shí)，上述電極反應(yīng)逆向進(jìn)行，使電極3得以循環(huán)使用

。