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12.我国科学家发明了一种甲烷催化制取氢气的工艺。通入的甲烷和水蒸气在高温和催化剂作用下反应生成一氧化碳和氢气。其转化流程如图1所示。
(1)甲烷和水蒸气反应制氢气(填“属于”或“不属于”)化合反应。
(2)在理想状态下,小组同学设计了图2所示实验,将测得的实验数据绘制成图像(如图3),由图3可知,氢气作为燃料的优点是。从安全角度考虑,点燃两种气体前,一定要检查其。
(3)2023年,我国首次掺氢天然气管道燃爆试验成功,掺氢可以改善天然气的品质。某掺氢天然气(假设该混合气体仅含有$\ce{CH_{4}}$和$\ce{H_{2}}$)中氢元素的质量分数为50%,则混合气体完全燃烧后生成$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$的分子个数比为(填最简比)。
(4)氢气储运成本较高,原因之一是氢气易逸散,对储运容器密封性要求极高。从微观粒子角度分析,氢气容易逸散的原因是。
(1)甲烷和水蒸气反应制氢气(填“属于”或“不属于”)化合反应。
(2)在理想状态下,小组同学设计了图2所示实验,将测得的实验数据绘制成图像(如图3),由图3可知,氢气作为燃料的优点是。从安全角度考虑,点燃两种气体前,一定要检查其。
(3)2023年,我国首次掺氢天然气管道燃爆试验成功,掺氢可以改善天然气的品质。某掺氢天然气(假设该混合气体仅含有$\ce{CH_{4}}$和$\ce{H_{2}}$)中氢元素的质量分数为50%,则混合气体完全燃烧后生成$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$的分子个数比为(填最简比)。
(4)氢气储运成本较高,原因之一是氢气易逸散,对储运容器密封性要求极高。从微观粒子角度分析,氢气容易逸散的原因是。
答案
解：
(1) 化合反应要求反应物生成唯一一种产物，甲烷和水蒸气反应生成一氧化碳和氢气两种物质，因此不属于化合反应。
答案：不属于
(2) 由图3数据可知，燃烧相同质量的氢气和天然气，氢气可使等质量的水升温更高，说明等质量的氢气燃烧放出的热量更多（氢气热值更高）；氢气、天然气均为可燃性气体，点燃前一定要检查其纯度，防止点燃时发生爆炸。
答案：等质量的氢气燃烧放出的热量比天然气大（或氢气的热值高）；纯度
(3) 设混合气体中$\ce{CH_{4}}$的质量为$m$，$\ce{H_{2}}$的质量为$n$。
由氢元素质量分数为50%可得：
$\frac{m×\frac{4}{16} + n}{m + n}=50\%$
解得$m=2n$
则混合气体中$\ce{CH_{4}}$与$\ce{H_{2}}$的分子个数比为：$\frac{m}{16}:\frac{n}{2}=\frac{2n}{16}:\frac{n}{2}=1:4$
根据燃烧反应关系：1分子$\ce{CH_{4}}$燃烧生成1分子$\ce{CO_{2}}$和2分子$\ce{H_{2}O}$，4分子$\ce{H_{2}}$燃烧生成4分子$\ce{H_{2}O}$，因此生成$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$的分子个数比为$1:(2+4)=1:6$。
答案：$1:6$
(4) 从微观角度分析，氢分子的体积和质量都很小，且氢分子在不断运动，因此氢气容易从容器缝隙逸散。
答案：氢分子很小，且在不断地做无规则运动，易从容器缝隙逸出
(1) 化合反应要求反应物生成唯一一种产物，甲烷和水蒸气反应生成一氧化碳和氢气两种物质，因此不属于化合反应。
答案：不属于
(2) 由图3数据可知，燃烧相同质量的氢气和天然气，氢气可使等质量的水升温更高，说明等质量的氢气燃烧放出的热量更多（氢气热值更高）；氢气、天然气均为可燃性气体，点燃前一定要检查其纯度，防止点燃时发生爆炸。
答案：等质量的氢气燃烧放出的热量比天然气大（或氢气的热值高）；纯度
(3) 设混合气体中$\ce{CH_{4}}$的质量为$m$，$\ce{H_{2}}$的质量为$n$。
由氢元素质量分数为50%可得：
$\frac{m×\frac{4}{16} + n}{m + n}=50\%$
解得$m=2n$
则混合气体中$\ce{CH_{4}}$与$\ce{H_{2}}$的分子个数比为：$\frac{m}{16}:\frac{n}{2}=\frac{2n}{16}:\frac{n}{2}=1:4$
根据燃烧反应关系：1分子$\ce{CH_{4}}$燃烧生成1分子$\ce{CO_{2}}$和2分子$\ce{H_{2}O}$，4分子$\ce{H_{2}}$燃烧生成4分子$\ce{H_{2}O}$，因此生成$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$的分子个数比为$1:(2+4)=1:6$。
答案：$1:6$
(4) 从微观角度分析，氢分子的体积和质量都很小，且氢分子在不断运动，因此氢气容易从容器缝隙逸散。
答案：氢分子很小，且在不断地做无规则运动，易从容器缝隙逸出
