“一碳化學(xué)”是指以含一個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)可有效實現(xiàn)工業(yè)制氫；該工業(yè)制氫方法主要涉及以下兩個反應(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，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混合氣體進行上述兩個反應(yīng)，已知初始壓強為100kPa,達平衡時CO₂與CO的分壓相等，體系壓強為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，請解釋H₂的含量隨溫度變化的原因：

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

溫度低于T₁時以反應(yīng)Ⅰ為主導(dǎo)，溫度升高，平衡正向移動，H₂的含量增大；高于T₁時以反應(yīng)Ⅱ為主導(dǎo)，溫度升高，平衡逆向移動，使得H₂的含量減小且CO濃度增大，同時抑制反應(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
請在圖中畫出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，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：

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

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

。