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) 甲烷和水蒸气反应生成一氧化碳和氢气,生成物有两种,不符合化合反应“多变一”的特征,因此不属于化合反应。
答案:不属于
(2) 由图3可知,燃烧相同质量的氢气和天然气,氢气可以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,即氢气的热值更高。
可燃性气体与空气混合点燃易发生爆炸,因此点燃两种气体前,一定要检查其纯度。
答案:等质量的氢气燃烧放出的热量比天然气更多(或氢气的热值高);纯度
(3) 设混合气体中$\ce{CH_{4}}$的质量为$a$,$\ce{H_{2}}$的质量为$b$,根据氢元素质量分数为50%可得:
$\frac{a× \frac{4}{16} + b}{a+b} × 100\% = 50\%$
化简得:$0.25a + b = 0.5a + 0.5b$,解得$a=2b$。
1个$\ce{CH_{4}}$分子完全燃烧生成1个$\ce{CO_{2}}$分子,因此生成$\ce{CO_{2}}$的分子个数为$\frac{a}{16}=\frac{2b}{16}=\frac{b}{8}$;
混合气体中氢元素全部转化为$\ce{H_{2}O}$,氢元素总质量为$0.5(a+b)=1.5b$,每个$\ce{H_{2}O}$分子含有2个氢原子,因此生成$\ce{H_{2}O}$的分子个数为$\frac{1.5b}{2}=0.75b$。
则$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$的分子个数比为$\frac{b}{8}:0.75b=1:6$。
答案:$1:6$
(4) 从微观粒子角度分析,氢气容易逸散的原因是:氢分子的体积和质量都很小,且氢分子在不断运动,容易从容器的缝隙中逸出。
答案:氢分子的质量和体积都很小,且分子在不断运动。
(1) 甲烷和水蒸气反应生成一氧化碳和氢气,生成物有两种,不符合化合反应“多变一”的特征,因此不属于化合反应。
答案:不属于
(2) 由图3可知,燃烧相同质量的氢气和天然气,氢气可以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,即氢气的热值更高。
可燃性气体与空气混合点燃易发生爆炸,因此点燃两种气体前,一定要检查其纯度。
答案:等质量的氢气燃烧放出的热量比天然气更多(或氢气的热值高);纯度
(3) 设混合气体中$\ce{CH_{4}}$的质量为$a$,$\ce{H_{2}}$的质量为$b$,根据氢元素质量分数为50%可得:
$\frac{a× \frac{4}{16} + b}{a+b} × 100\% = 50\%$
化简得:$0.25a + b = 0.5a + 0.5b$,解得$a=2b$。
1个$\ce{CH_{4}}$分子完全燃烧生成1个$\ce{CO_{2}}$分子,因此生成$\ce{CO_{2}}$的分子个数为$\frac{a}{16}=\frac{2b}{16}=\frac{b}{8}$;
混合气体中氢元素全部转化为$\ce{H_{2}O}$,氢元素总质量为$0.5(a+b)=1.5b$,每个$\ce{H_{2}O}$分子含有2个氢原子,因此生成$\ce{H_{2}O}$的分子个数为$\frac{1.5b}{2}=0.75b$。
则$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$的分子个数比为$\frac{b}{8}:0.75b=1:6$。
答案:$1:6$
(4) 从微观粒子角度分析,氢气容易逸散的原因是:氢分子的体积和质量都很小,且氢分子在不断运动,容易从容器的缝隙中逸出。
答案:氢分子的质量和体积都很小,且分子在不断运动。
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