三、氢气的贮存
$\ce{Mg_{2}Cu}$ 可用于化学储氢，其贮氢反应为
$\ce{Mg_{2}Cu +H_{2}\xrightarrow{一定条件}Mg_{a}Cu_{b} +MgH_{2}}$。
(4)贮氢反应需要在高温和氩气的氛围中进行,贮氢反应中须通入氩气,其目的是
。
(5)储氢反应产物$\ce{Mg_{a}Cu_{b}}$中镁、铜元素质量比为$3:16$,则其中的$a:b=$。

12. (4)防止金属镁、铜在高温下与氧气反应 (5)1:2
解析:(5)储氢反应产物$\ce{Mg_{a}Cu_{b}}$中镁、铜元素质量比为$(24× a):(64× b)=3:16$,则其中的$a:b=1:2$。

【分析】
第(4)问：贮氢反应需在高温下进行，金属镁、铜在高温时易与空气中的氧气反应，氩气是惰性气体，化学性质稳定，通入氩气可隔绝空气，避免金属被氧化，因此目的是作保护气防止金属氧化。
第(5)问：根据化合物中元素质量比的计算公式，元素质量比等于各元素相对原子质量与原子个数的乘积之比，已知Mg的相对原子质量为24，Cu为64，结合题目给出的镁、铜元素质量比，代入公式即可求出a与b的比值。
【解析】
(4) 贮氢反应在高温条件下进行，金属镁、铜的化学性质活泼，高温时易与空气中的氧气发生氧化反应；氩气属于惰性气体，化学性质不活泼，通入氩气可以隔绝空气，作为保护气，防止金属镁、铜在高温下与氧气反应。
(5) 化合物中元素质量比 =（元素相对原子质量×原子个数）之比，Mg的相对原子质量为24，Cu的相对原子质量为64，已知$\ce{Mg_{a}Cu_{b}}$中镁、铜元素质量比为$3:16$，因此：
$(24×a):(64×b) = 3:16$
根据比例的基本性质，内项积等于外项积，可得：$24a×16 = 64b×3$
化简计算：$384a = 192b → \frac{a}{b} = \frac{192}{384} = \frac{1}{2}$，故$a:b=1:2$。
【答案】
(4)防止金属镁、铜在高温下与氧气反应；(5)$1:2$
【知识点】
元素质量比计算、保护气的作用
【点评】
本题围绕贮氢反应考查基础化学知识，包括惰性气体的用途和元素质量比的简单计算，题目难度较低，主要检验学生对化学基础知识的掌握程度和简单计算能力。
【难度系数】
0.7

13. 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($\mathrm{kg/Mm}^3$)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(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(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。
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。$\ce{H_{2}}$体积分数和$\ce{CaO}$消耗率随时间变化关系如图所示。从$t_1\ \mathrm{min}$开始，$\ce{H_{2}}$体积分数显著降低，单位时间$\ce{CaO}$消耗率(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：。

(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(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。
(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(填“物理”或“化学”)变化。
(5)开发利用氢能的意义有(写一点)。

13. (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。②$\ce{CaO}$可以将$\ce{CO_{2}}$除去转化为$\ce{CaCO_{3}}$,即$\ce{CaO}$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,属于化合反应;据图可以看出,从$t_1$ min开始,$\ce{H_{2}}$体积分数显著降低,$\ce{CaO}$消耗率变得平缓,即单位时间$\ce{CaO}$消耗率降低,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。

【分析】
本题围绕能源相关化学知识展开，分多个小问考查基础化学知识点。(1)①依据质量守恒定律，结合氮氧化物形成酸雨的元素组成判断酸的化学式；②结合不同设备的使用场景分析天然气燃烧效率。(2)①根据流程确定甲烷与水蒸气反应的反应物、生成物及反应条件，书写化学方程式；②判断CaO与CO₂反应的基本类型，结合图像分析CaO消耗率变化，解释其失效原因。(3)①根据电解水的电极产物规律，判断制H₂时的开关连接；②书写电解水制氢的总反应方程式。(4)根据储氢过程是否生成新物质，判断变化类型。(5)结合氢能的特点，说明开发氢能的意义。
【解析】
(1)①氮的氧化物排放到空气中，与水、氧气反应生成酸雨，根据化学反应前后元素种类不变，酸雨中含氮、氢、氧元素，对应酸为硝酸，化学式为$\ce{HNO_{3}}$；②民用采暖设备分布分散，天然气燃烧效率最低，故选C。
(2)①甲烷和水蒸气在催化剂、650℃条件下反应，生成二氧化碳和氢气，化学方程式为$\ce{CH_{4} +2H_{2}O\xlongequal[650\ °\mathrm{C}]{催化剂}CO_{2} +4H_{2}}$；②$\ce{CaO}$与$\ce{CO_{2}}$反应生成$\ce{CaCO_{3}}$，符合“多变一”的特征，属于化合反应；从图像可知，$t_1$ min后$\ce{H_{2}}$体积分数显著降低，$\ce{CaO}$消耗率曲线变平缓，单位时间$\ce{CaO}$消耗率降低；失效原因是$\ce{CaO +CO_{2}=CaCO_{3}}$，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的接触，导致反应无法继续进行。
(3)①电解水时，阴极产生$\ce{H_{2}}$，制$\ce{H_{2}}$时连接$\mathrm{K}_1$；②水在太阳能作用下分解生成氢气和氧气，总反应方程式为$\ce{2H_{2}O\xlongequal{太阳能}2H_{2}\uparrow +O_{2}\uparrow}$。
(4)储氢过程中$\ce{Mg_{17}Al_{12}}$与氢气反应生成$\ce{MgH_{2}}$和$\ce{Al}$，有新物质生成，属于化学变化。
(5)氢能燃烧产物为水，无污染，开发氢能的意义如节约能源、保护环境等。
【答案】
13. (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)
【知识点】
酸雨的形成、化学方程式书写、反应类型判断、电解水原理、化学变化判断
【点评】
本题是能源相关的综合化学题，涵盖多个基础知识点，结合图表分析考查学生知识应用能力，贴近生活实际，体现化学与能源的联系，难度适中。
【难度系数】
0.6