1 . 甲烷是一种能量密度低、难液化、运输成本较高的能源。将甲烷转化成能量密度较高的液体燃料已成为重要的课题。
Ⅰ．直接氧化法制甲醇
(1)已知下列反应的热化学方程式：
反应1：
反应2：
写出甲烷氧化法制甲醇的热化学方程式：______。
(2)甲烷氧化过程中的活化能垒如图所示。该方法制备CH₃OH产率较低，其原因是______。

Ⅱ．甲烷的电催化氧化
(3)Hibino科学团队在阳极进行甲烷转化研究，其装置图如图所示，其阳极电极反应式为______。

(4)钒（V）物种被认为是形成活性氧物质（如）的活性位点，V₂O₅/SnO₂作阳极材料时，CH₃OH的浓度与电流的关系如图所示，当电流＞5mA时，CH₃OH的浓度随电流的增加而下降的原因是______。

Ⅲ．多相催化剂氧化甲烷法
光照条件下，TiO₂负载的Fe₂O₃多相催化剂合成甲醇时，可将甲醇的选择性（选择性）提升至90%以上，其反应机理如图所示。

(5)光照时，表面形成的空穴（h⁺）具有强______（填“氧化性”或“还原性”）。
(6)写出甲烷通过多相催化剂法制取甲醇的化学方程式______。
(7)从反应过程中产生的微粒角度分析，TiO₂负载的Fe₂O₃多相催化剂能将甲醇的选择性提升至90%以上的原因是______。

2 . 苯乙烯是生产塑料和合成橡胶的重要有机原料，可由乙苯催化脱氢获得。
I.直接催化脱氢
(1)已知：①C₆H₅C₂H₅(g)+O₂(g)=8CO₂(g)+5H₂O(g)        △H₁=-4386.9kJ•mol^-1
②C₆H₅CH=CH₂(g)+10O₂(g)=8CO₂(g)+4H₂O(g)        △H₂=-4263.1kJ•mol^-1
③H₂(g)+O₂(g)=H₂O(g)        △H₃=-241.8kJ•mol^-1
反应C₆H₅C₂H₅(g)C₆H₅CH=CH₂(g)+H₂(g)的△H=______kJ•mol^-1。
(2)向密闭容器中充入乙苯蒸气和高温水蒸气，在0.1MPa和催化条件下，不同温度时乙苯的平衡转化率和苯乙烯的平衡选择性如图1所示。

(已知：高温水蒸气不参与乙苯催化脱氢反应；苯乙烯的平衡选择性指除了H₂以外的产物中苯乙烯的物质的量分数；乙苯可能会裂解产生积碳覆盖在催化剂表面，使催化剂“中毒”。)
①加入高温水蒸气的作用是______。
②实际生产中控制反应温度为600℃的理由是______。
II.CO₂氧化乙苯脱氢
(g)+CO₂(g)(g)+CO(g)+H₂O(g)        △H=+158.8kJ•mol^-1
(3)CO₂氧化乙苯脱氢反应的机理如下：
①晶格氧机理
Ar气氛围下，以高价态钒镁氧化物晶体作催化剂进行乙苯脱氢，并将CO₂转化为CO，催化循环可表示为图2，图中物质为______(填“MgV_mO_n+1”或“MgV_mO_n”)

                                                    图2
②酸碱位协同催化机理

由图可知，酸性位(A)和碱性位(B)都是反应的活性中心，酸性位上发生乙苯的吸附活化；弱碱性位(B₁)参与脱去α－H，而强碱性位(B₂)活化CO₂，被活化的CO₂很容易和β－H反应，生成苯乙烯。由于催化剂的碱性不同，在Al₂O₃上发生的是乙苯直接脱氢，而在Na₂O/Al₂O₃上发生的基本上是CO₂耦合乙苯脱氢的原因是______。
(4)从资源综合利用角度分析，CO₂氧化乙苯脱氢制苯乙烯的优点是______。

3 . 含氮化合物(、、等)是环境污染物，可用以下方法消除其污染。
Ⅰ．苯酚()是一种广泛使用、易氧化的化工产品。一种在下用废气催化氧化苯制备苯酚的新方法为：。
(1)已知


则___________。
Ⅱ．在金属Pt、Cu和铱(Ir)的催化作用下，密闭容器中的可高效转化酸性溶液中的硝态氮()，以达到消除污染的目的，其工作原理如图-1所示。
   
(2)被还原为的过程可描述为：液体中，在导电基体的单原子铂上失去电子生成，电子进入导电基体中进行传导，___________。
(3)若导电基体上的Pt颗粒增多，造成的后果是___________。
(4)单原子铂催化剂相比于Pt颗粒催化剂，优点有___________。
Ⅲ．三维电极法：它是在传统的电解槽两电极之间填充粒状或碎屑状材料，填充的粒子电极表面能带电，成为新的一极(第三极)。如图2为用三维电极法处理氨氮废水的原理图，石墨板作为阴、阳极，自制活性炭为填充材料，电解一定浓度的、与NaCl的酸性混合溶液来进行模拟。
   
(5)该装置可以生成大量氧化性更强的，去除的离子方程式为___________。
(6)相比于传统的二维电极反应系统，三维电极的优点有___________。

4 . 重铬酸钠晶体()为橙红色，是一种重要的无机盐产品。可以由铬铁矿[主要含，还含少量、、等]制备，主要工艺流程如下：

已知：①在水溶液中常以、、、等形态存在；本实验条件下，当约为3.5时转化为。
②酸性条件下，具有较强的氧化性，易被还原成。
请回答下列问题：
(1)“煅烧”时，转化为和，写出铬铁矿发生的主要反应的化学方程式_______。
(2)“中和除杂”时，先用水将浸取液稀释，并加热至接近沸腾，然后调节溶液约为7。
①加热至接近沸腾的目的为_______。
②若持续加热较长时间，可以通过生成而将硅除去，写出相应的离子方程式_______。
(3)室温下，“中和除杂”后所得的滤液中存在下列平衡：
       
             
       
室温下，反应的平衡常数_______；酸化时，通常用硫酸而不用盐酸，原因是_______。

5 . 肼(N₂H₄)是一种无色油状液体，沸点113.5℃，具有强还原性。能与NaClO剧烈反应生成N₂。
(1)N₂H₄分子中N的化合价为___________
(2)N₂H₄与O₂的相对分子质量相近，但N₂H₄的熔点(2℃)、沸点(114℃)分别远高于O₂的熔点(-218℃)、沸点(-183℃)，原因是___________。
(3)由碱性NaClO溶液和尿素反应可获得，反应原理为：。实验中反应物的加料方式为___________(填序号)。
A．将尿素滴加到碱性NaClO溶液中       B．将碱性NaClO溶液滴加到尿素中
(4)发射火箭时，肼为燃料，双氧水为氧化剂，两者反应生成氮气与水蒸气。已知32g液态肼在上述反应中放出64.22kJ的热量，该反应的热化学方程式为___________。
(5)肼-空气燃料电池是一种新型环保电池，(用KOH溶液作电解液)，该电池负极的电极反应式为___________。
(6)H₂是一种理想的绿色清洁能源，N₂H₄催化分解制氢是能源利用领域的研究热点。在温和条件下，负载型双金属合金M催化N₂H₄迅速分解，并且制氢选择性可达100%，可能机理如图所示(图中“虚线”表示吸附在催化剂上)。请将N₂H₄催化分解制氢的机理补充完整：N₂H₄吸附在(催化剂)M表面，连续断裂___________键，形成N₂H₃、___________和N₂H等中间产物，直至H原子全部脱去，最终生成___________。
   

6 . 工业废水和废渣中会产生含硫(-2价)污染物，需经处理后排放。
Ⅰ．含硫废水(硫元素的主要存在形式为)，需要回收处理并加以利用。
(1)用、处理含硫废水有关反应如下：
       
       
       
则热分解反应的△H=_______(用含、、的式子表示)。
(2)用处理含硫废水，硫元素易被氧化为S或。已知：溶液中含硫微粒的物质的量分数随pH变化情况如图所示。
   
①向含硫废水中加入稀调节溶液的pH为6，废水中_______。
②向含硫废水中加入溶液，其他条件一定，测得硫(-2价)的去除率、硫(单质)的生成率与加入溶液体积的关系如图所示。当加入溶液体积大于9mL时，硫的生成率随溶液加入而降低，可能的原因是_______。
   
(3)催化氧化法。可用作空气氧化含硫(-2价)废水的催化剂。碱性条件下，催化氧化废水的机理如图所示。
       
①该反应过程Ⅰ、Ⅱ可描述为_______。
②催化剂使用一段时间后催化效率会下降，处理的方法是用氯仿()浸取催化剂，再将催化剂干燥即可，催化剂使用一段时间后催化效率降低的原因是_______。
Ⅱ．含硫废渣(硫元素的主要存在形式为)，可以回收处理并加以利用。
(4)沉积物-微生物燃料电池可以将沉积物中的化学能直接转化为电能，同时加速沉积物中污染物的去除，燃料电池处理含硫废水的工作原理如图所示。
   
①碳棒b处S生成的电极反应式为_______。
②工作一段时间后，电池效率降低的可能原因为_______。

7 . 低碳经济已成为人们一种新的生活理念，二氧化碳的捕捉和利用是能源领域的一个重要研究方向。回答下列问题：
(1)工业上用和反应合成二甲醚。已知：


则_______kJ∙mol^-1。
(2)二氧化碳的捕集、利用是我国能源领域的一个重要战略方向。科学家提出由制取的太阳能工艺如图：

已知“重整系统”发生的反应中，则的化学式为_______，“热分解系统”中每转移电子，需消耗_______。
(3)催化时还可以使用一种无机固体电解质作催化剂，其由正离子和负离子组成，该物质以上形成无序结构(高温相)，以下变为有序结构(低温相)，二者晶体晶胞结构如图所示：

说明：图中，○球为负离子；高温相中的●深色球为正离子或空位；低温相中的球为离子，●球为离子。

i．这种无机固体电解质的化学式为_______。
ii．“高温相”具有良好的离子导电性，其主要原因是_______。
(4)铜基催化剂(为等)是加氢制甲醇常用的催化剂，部分合成路线如图所示。

请写出中碱位上发生反应的总化学方程式_______。
(5)利用电解法在碱性或酸性条件下将还原为和的原理如下图所示：

已知：选择性和法拉第效率()的定义(X代表或)如下：
        
①实验测得，碱性条件生成总的选择性小于酸性条件，原因是_______。
②实验测得，酸性条件生成总的法拉第效率小于碱性条件，原因是_______。

8 . 研发二氧化碳的利用技术具有重要意义。
(1)还原是实现“双碳”经济的有效途径之一，相关反应有：
反应Ⅰ：   
反应Ⅱ：   
反应Ⅲ：   
则反应的___________。
(2)利用电解法在碱性或酸性条件下将还原为和的原理如下图所示：

已知：选择性(S)和法拉第效率(FE)的定义(X代表或)如下：
       
①写出碱性条件下生成的电极反应式：___________。
②实验测得，碱性条件生成、总的选择性小于酸性条件，原因是___________。
③实验测得，酸性条件生成、总的法拉第效率小于碱性条件，原因是___________。
④碱性条件下反应一段时间，实验测得、的选择性及的法拉第效率如下表所示。则的法拉第效率为___________。

	2%	8%
	12.5%

9 . Ⅰ.高铁酸盐等具有强氧化性，溶液pH越小氧化性越强，可用于除去废水中的氨、重金属等。K₂FeO₄的稳定性与pH关系如图1所示，用K₂FeO₄去除某氨氮(NH₃—N)废水，氨氮去除率与pH关系如图2所示；用K₂FeO₄处理Zn²⁺浓度为0.12mg·L^-1的含锌废水{K_sp[Zn(OH)₂]=1.2×10^-17}，锌残留量与pH关系如图3所示(已知：K₂FeO₄与H₂O反应生成Fe(OH)₃的过程中，可以捕集某些难溶金属的氢氧化物形成共沉淀)。

(1)图2中，pH越大氨氮的去除率越大，其原因可能是___。
(2)图3中，pH=10时锌的去除率比pH=5时大得多，其原因是___(从锌的存在形态的角度说明)。
Ⅱ.甲烷水蒸气催化重整(SMR)是传统制取富氢混合气的重要方法，具有工艺简单、成本低等优点。回答下列问题：
(3)已知1000K时，下列反应的平衡常数和反应热：
①CH₄(g)C(s)+2H₂(g) K₁=10.2 △H₁
②2CO(g)C(s)+CO₂(g) K₂=0.6 △H₂
③CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g) K₃=1.4 △H₃
④CH₄(g)+2H₂O(g)CO₂(g)+4H₂(g) K₄△H₄(SMR)
则1000K时，K₄=___；△H₄=___(用△H₁、△H₂、△H₃来表示)。
(4)在进入催化重整装置前，先要对原料气进行脱硫操作，使其浓度为0.5ppm以下。脱硫的目的为___。
(5)如图为不同温度条件下电流强度对CH₄转化率的影响。由图可知，电流对不同催化剂、不同温度条件下的甲烷水蒸气催化重整反应均有着促进作用，则可推知△H₄___0(填“>”或“<”)。

(6)如图为不同温度条件下6小时稳定测试电流强度对H₂产率的影响。由图可知，随着温度的降低，电流对H₂产率的影响作用逐渐___(填“增加”“减小”或“不变”)，600℃时，电流对三种催化剂中的___(用图中的催化剂表示式回答)影响效果最为显著，当温度高于750℃时，无论电流强度大小，有无催化剂，H₂产率趋于相同，其原因是___。

10 . 中国科学家首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成，相关成果北京时间9月24日由国际知名学术期刊《科学》在线发表，因此的捕集及其资源化利用成为科学家研究的重要课题。
Ⅰ．二氧化碳合成“合成气”
(1)捕获的高浓度能与制备合成气，该过程主要涉及以下反应：
①
②
③
④
根据盖斯定律，反应①的___________(写出代数式即可)。
Ⅱ．二氧化碳合成低碳烯烃
(2)用可再生能源电还原时，采用高浓度的抑制酸性电解液中的析氢反应来提高乙烯的生成率，装置如图所示。阴极发生的反应为：_______；每转移电子，阳极生成___________气体(标准状况)

(3)以为原料合成涉及的主要反应如下：
A．(主反应)
B．(副反应)
其中，反应的反应历程可分为如下两步：
a．(反应速率较快)
b．(反应速率较慢)
闭容器中充入和合成，发生主反应，温度对催化剂性能的影响如图所示，工业生产综合各方面的因素，反应选择的原因是_______。

Ⅲ．二氧化碳合成甲醇
主反应：
副反应：
某一刚性容器中充入和，在催化剂存在条件下进行反应，测得温度与平衡转化率、产物选择性的关系如图所示。已知：选择性。

(4)平衡时，生成的的物质的量是___________。
Ⅳ．新型二氧化碳固定法
(5)某课题组设计一种新型的固定方法，如图所示。若原料用，则产物为___________。