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16. 能源既是国家经济发展的命脉，也是国家发展战略的重要支柱。
（一）人类目前所消耗的能量主要来自化石燃料。
（1）天然气用途非常广泛，可作为燃料直接使用。天然气在不同设备中燃烧产生的污染物的含量也不尽相同，几种常见设备中天然气燃烧时产生的污染物（$\boldsymbol{kg/Mm^3}$）如下图所示：
①氮的氧化物排放到空气中可形成酸雨，依据“化学反应前后元素的种类不变”，推测此类酸雨中所含的酸是$\boldsymbol{\_\_\_\_\_\_}$（填化学式）。
②在电厂、工业锅炉和民用采暖设备中天然气燃烧效率最低的是$\boldsymbol{\_\_\_\_\_\_}$（填字母）。
A. 电厂 B. 工业锅炉 C. 民用采暖设备
（二）氢气被看作是理想的“绿色能源”，氢气的制备和储存是目前的研究热点。
（2）甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一，主要流程如下：
①甲烷和水蒸气反应的化学方程式是$\boldsymbol{\_\_\_\_\_\_}$。
②用$\ce{CaO}$可以将$\ce{CO_2}$除去转化为$\ce{CaCO_3}$，该反应属于基本反应类型中的$\boldsymbol{\_\_\_\_\_\_}$。$\ce{H_2}$体积分数和$\ce{CaO}$消耗率随时间变化关系如图所示。从$t_1$时开始，$\ce{H_2}$体积分数显著降低，单位时间$\ce{CaO}$消耗率$\boldsymbol{\_\_\_\_\_\_}$（填“升高”“降低”或“不变”）。此时$\ce{CaO}$消耗率约为35%，但已失效，结合化学方程式解释原因：$\boldsymbol{\_\_\_\_\_\_}$。
（3）可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如图。通过控制开关连接$\mathrm{K}_1$或$\mathrm{K}_2$，可交替得到$\ce{H_2}$和$\ce{O_2}$。
①制$\ce{H_2}$时，连接$\boldsymbol{\_\_\_\_\_\_}$（填“$\mathrm{K}_1$”或“$\mathrm{K}_2$”）；改变开关连接方式，可得$\ce{O_2}$。
②利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢的总反应化学方程式为$\boldsymbol{\_\_\_\_\_\_}$。
（4）$\ce{Mg_{17}Al_{12}}$是一种特殊的镁合金。该合金是一种储氢材料，完全吸氢后得到$\ce{MgH_2}$和$\ce{Al}$，“储氢过程”属于$\boldsymbol{\_\_\_\_\_\_}$（填“物理”或“化学”）变化。
（5）开发利用氢能的意义有$\boldsymbol{\_\_\_\_\_\_}$（写一点）。
（一）人类目前所消耗的能量主要来自化石燃料。
（1）天然气用途非常广泛，可作为燃料直接使用。天然气在不同设备中燃烧产生的污染物的含量也不尽相同，几种常见设备中天然气燃烧时产生的污染物（$\boldsymbol{kg/Mm^3}$）如下图所示：
①氮的氧化物排放到空气中可形成酸雨，依据“化学反应前后元素的种类不变”，推测此类酸雨中所含的酸是$\boldsymbol{\_\_\_\_\_\_}$（填化学式）。
②在电厂、工业锅炉和民用采暖设备中天然气燃烧效率最低的是$\boldsymbol{\_\_\_\_\_\_}$（填字母）。
A. 电厂 B. 工业锅炉 C. 民用采暖设备
（二）氢气被看作是理想的“绿色能源”，氢气的制备和储存是目前的研究热点。
（2）甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一，主要流程如下：
①甲烷和水蒸气反应的化学方程式是$\boldsymbol{\_\_\_\_\_\_}$。
②用$\ce{CaO}$可以将$\ce{CO_2}$除去转化为$\ce{CaCO_3}$，该反应属于基本反应类型中的$\boldsymbol{\_\_\_\_\_\_}$。$\ce{H_2}$体积分数和$\ce{CaO}$消耗率随时间变化关系如图所示。从$t_1$时开始，$\ce{H_2}$体积分数显著降低，单位时间$\ce{CaO}$消耗率$\boldsymbol{\_\_\_\_\_\_}$（填“升高”“降低”或“不变”）。此时$\ce{CaO}$消耗率约为35%，但已失效，结合化学方程式解释原因：$\boldsymbol{\_\_\_\_\_\_}$。
（3）可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如图。通过控制开关连接$\mathrm{K}_1$或$\mathrm{K}_2$，可交替得到$\ce{H_2}$和$\ce{O_2}$。
①制$\ce{H_2}$时，连接$\boldsymbol{\_\_\_\_\_\_}$（填“$\mathrm{K}_1$”或“$\mathrm{K}_2$”）；改变开关连接方式，可得$\ce{O_2}$。
②利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢的总反应化学方程式为$\boldsymbol{\_\_\_\_\_\_}$。
（4）$\ce{Mg_{17}Al_{12}}$是一种特殊的镁合金。该合金是一种储氢材料，完全吸氢后得到$\ce{MgH_2}$和$\ce{Al}$，“储氢过程”属于$\boldsymbol{\_\_\_\_\_\_}$（填“物理”或“化学”）变化。
（5）开发利用氢能的意义有$\boldsymbol{\_\_\_\_\_\_}$（写一点）。
答案
16. (1)①$\ce{HNO_{3}}$ ②C (2)①$\ce{CH_{4} +2H_{2}O\xlongequal[650\ °\mathrm{C}]{催化剂}CO_{2} +4H_{2}}$ ②化合反应 降低 由于发生反应$\ce{CaO +CO_{2}\xlongequal{\;\;}CaCO_{3}}$,生成的碳酸钙覆盖在氧化钙表面,阻碍了二氧化碳与氧化钙反应的继续进行 (3)①$\mathrm{K}_{1}$ ②$\ce{2H_{2}O\xlongequal{太阳能}2H_{2}\uparrow +O_{2}\uparrow}$ (4)化学 (5)节约能源(或保护环境等合理即可)
解析:(1)①氮的氧化物排放到空气中可形成酸雨,依据“化学反应前后元素的种类不变”,推测此类酸雨中所含的酸含有氮、氢、氧元素,即硝酸,化学式为$\ce{HNO_{3}}$。②在电厂、工业锅炉和民用采暖设备中,由于民用采暖设备比较分散,所以民用采暖设备中天然气燃烧效率最低。
(2)①据流程图可知甲烷和水蒸气在催化剂和650 ℃的条件下反应生成二氧化碳和氢气。②CaO可以将$\ce{CO_{2}}$除去转化为$\ce{CaCO_{3}}$,即CaO与$\ce{CO_{2}}$在一定条件下反应生成$\ce{CaCO_{3}}$,符合“多变一”的特点,是化合反应;据图可以看出,从$t_1$时开始,$\ce{H_{2}}$体积分数显著降低,CaO消耗率变得平缓,即单位时间CaO消耗率降低,由于发生反应$\ce{CaO +CO_{2}=CaCO_{3}}$,生成的碳酸钙覆盖在氧化钙的表面,减少了氧化钙与二氧化碳的接触,导致吸收效率降低,甚至失效。
解析:(1)①氮的氧化物排放到空气中可形成酸雨,依据“化学反应前后元素的种类不变”,推测此类酸雨中所含的酸含有氮、氢、氧元素,即硝酸,化学式为$\ce{HNO_{3}}$。②在电厂、工业锅炉和民用采暖设备中,由于民用采暖设备比较分散,所以民用采暖设备中天然气燃烧效率最低。
(2)①据流程图可知甲烷和水蒸气在催化剂和650 ℃的条件下反应生成二氧化碳和氢气。②CaO可以将$\ce{CO_{2}}$除去转化为$\ce{CaCO_{3}}$,即CaO与$\ce{CO_{2}}$在一定条件下反应生成$\ce{CaCO_{3}}$,符合“多变一”的特点,是化合反应;据图可以看出,从$t_1$时开始,$\ce{H_{2}}$体积分数显著降低,CaO消耗率变得平缓,即单位时间CaO消耗率降低,由于发生反应$\ce{CaO +CO_{2}=CaCO_{3}}$,生成的碳酸钙覆盖在氧化钙的表面,减少了氧化钙与二氧化碳的接触,导致吸收效率降低,甚至失效。
