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8. 2024·福州模拟 跨学科·社会发展 某兴趣小组沿着汽车燃料发展的时间轴，开展实践探究活动。
（1）蒸汽机汽车用煤作燃料，提高煤的燃烧效率的一种方法是
（2）内燃机汽车使用的汽油和柴油可通过石油分馏获得。
①石油的分馏产品还有
②汽油机的点火方式是利用喷油嘴上方的电子点火器产生电火花引燃汽油。从燃烧条件分析，电子点火器的作用是
（3）主要成分是甲烷的化石燃料是
（4）从碳中和角度分析，未来汽车燃料应具有的特点是
（1）蒸汽机汽车用煤作燃料，提高煤的燃烧效率的一种方法是
通入足量的氧气（或将煤粉碎）
；水由液态变为水蒸气的过程中，分子间间隔
发生改变。（2）内燃机汽车使用的汽油和柴油可通过石油分馏获得。
①石油的分馏产品还有
煤油（或沥青等）
（写1种）。②汽油机的点火方式是利用喷油嘴上方的电子点火器产生电火花引燃汽油。从燃烧条件分析，电子点火器的作用是
提供热量，使温度达到汽油的着火点
。（3）主要成分是甲烷的化石燃料是
天然气
（写1种）；乙醇（$\ce{C_{2}H_{6}O}$）可作汽车燃料，乙醇完全燃烧的化学方程式是$\ce{C_{2}H_{6}O + 3O_{2}\xlongequal{\mathrm{点燃}} 2CO_{2} + 3H_{2}O}$。（4）从碳中和角度分析，未来汽车燃料应具有的特点是
无污染（或来源广）
（写1点）。答案
8.（1）通入足量的氧气（或将煤粉碎）；分子间间隔
（2）①煤油（或沥青等） ②提供热量，使温度达到汽油的着火点
（3）天然气
（4）无污染（或来源广）
（2）①煤油（或沥青等） ②提供热量，使温度达到汽油的着火点
（3）天然气
（4）无污染（或来源广）
解析
【分析】本题围绕汽车燃料的发展历程，考查燃料相关的化学基础知识，需结合燃烧条件、化石燃料的利用、碳中和等知识点逐一分析各小问：（1）从提高燃料燃烧效率的方法和物质状态变化的微观本质入手；（2）结合石油分馏的产品和燃烧的三个条件分析；（3）识别含甲烷的化石燃料；（4）从碳中和的核心（减少碳排放）分析未来燃料的特点。
【解析】（1）提高煤燃烧效率，可通过增大煤与氧气的接触面积（如将煤粉碎）或增加氧气的浓度（如通入足量的氧气）；水由液态变为水蒸气是物理变化，水分子本身不变，分子间的间隔发生改变。（2）①石油分馏是利用各成分沸点不同分离，产品有汽油、柴油、煤油、沥青等，任选1种即可；②燃烧需要温度达到可燃物的着火点，电子点火器产生电火花，作用是提供热量，使温度达到汽油的着火点。（3）天然气的主要成分是甲烷，是常见的化石燃料。（4）碳中和要求减少二氧化碳排放，未来汽车燃料应具有无污染、来源广泛等特点，任选1点即可。
【答案】（1）通入足量的氧气（或将煤粉碎）；分子间间隔 （2）①煤油（或沥青等） ②提供热量，使温度达到汽油的着火点 （3）天然气 （4）无污染（或来源广）
【知识点】煤的综合利用、石油的分馏、燃烧的条件、化石燃料、碳中和
【点评】本题结合社会发展中的能源问题，将化学知识与实际应用结合，考查基础知识点的掌握，体现了化学学科的实用性，引导学生关注能源与环境问题。
【难度系数】0.7
【解析】（1）提高煤燃烧效率，可通过增大煤与氧气的接触面积（如将煤粉碎）或增加氧气的浓度（如通入足量的氧气）；水由液态变为水蒸气是物理变化，水分子本身不变，分子间的间隔发生改变。（2）①石油分馏是利用各成分沸点不同分离，产品有汽油、柴油、煤油、沥青等，任选1种即可；②燃烧需要温度达到可燃物的着火点，电子点火器产生电火花，作用是提供热量，使温度达到汽油的着火点。（3）天然气的主要成分是甲烷，是常见的化石燃料。（4）碳中和要求减少二氧化碳排放，未来汽车燃料应具有无污染、来源广泛等特点，任选1点即可。
【答案】（1）通入足量的氧气（或将煤粉碎）；分子间间隔 （2）①煤油（或沥青等） ②提供热量，使温度达到汽油的着火点 （3）天然气 （4）无污染（或来源广）
【知识点】煤的综合利用、石油的分馏、燃烧的条件、化石燃料、碳中和
【点评】本题结合社会发展中的能源问题，将化学知识与实际应用结合，考查基础知识点的掌握，体现了化学学科的实用性，引导学生关注能源与环境问题。
【难度系数】0.7
9. 2024·苏州 新考法·角度新 天然气的综合利用是重要的研究课题。
天然气是重要的化石燃料和能源，主要成分为甲烷($\ce{CH_{4}}$)，还含有少量硫化氢($\ce{H_{2}S}$)等气体。硫化氢可在催化剂作用下与甲烷反应而除去，其反应微观示意图如图1所示。
利用甲烷催化制取氢气。一种甲烷水蒸气催化制氢的透氢膜反应器如图2所示，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(该反应是吸热反应)，一部分氢气通过透氢膜与膜外侧通入的氧气反应。
利用甲烷在高温、Cu-Pd催化作用下分解可制取新型碳单质材料——石墨烯，石墨烯具有很高的强度和优良的导电性能。
(1)甲烷完全燃烧生成$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$的化学方程式为
(2)结合图1，分析甲烷与硫化氢的反应。
①产物“$\ce{○●○}$”中，碳元素和硫元素的质量比为
②该反应过程中发生变化的是
A. 分子的数目
B. 原子的种类
C. 物质的总质量
(3)结合图2，分析甲烷水蒸气制氢反应。
①甲烷水蒸气制氢反应的化学方程式为
②在反应器的膜外侧通入氧气的主要目的是
(4)下列说法正确的是
A. 天然气属于纯净物
B. 天然气和氢气均属于可再生能源
C. 透氢膜反应器内生成的$\ce{CO}$与$\ce{H_{2}}$未被完全分离
D. 石墨烯具有优良的导电性能，是一种金属单质
天然气是重要的化石燃料和能源，主要成分为甲烷($\ce{CH_{4}}$)，还含有少量硫化氢($\ce{H_{2}S}$)等气体。硫化氢可在催化剂作用下与甲烷反应而除去，其反应微观示意图如图1所示。
利用甲烷催化制取氢气。一种甲烷水蒸气催化制氢的透氢膜反应器如图2所示，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(该反应是吸热反应)，一部分氢气通过透氢膜与膜外侧通入的氧气反应。
利用甲烷在高温、Cu-Pd催化作用下分解可制取新型碳单质材料——石墨烯，石墨烯具有很高的强度和优良的导电性能。
(1)甲烷完全燃烧生成$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$的化学方程式为
$\ce{CH_{4} + 2O_{2}\xlongequal{点燃}CO_{2} + 2H_{2}O}$
。(2)结合图1，分析甲烷与硫化氢的反应。
①产物“$\ce{○●○}$”中，碳元素和硫元素的质量比为
3:16
(填最简整数比)。②该反应过程中发生变化的是
A
(填字母)。A. 分子的数目
B. 原子的种类
C. 物质的总质量
(3)结合图2，分析甲烷水蒸气制氢反应。
①甲烷水蒸气制氢反应的化学方程式为
$\ce{CH_{4} + H_{2}O\xlongequal[催化剂]{高温}CO + 3H_{2}}$
。②在反应器的膜外侧通入氧气的主要目的是
$\ce{H_{2}}$与$\ce{O_{2}}$反应放热，为制氢提供热量
。(4)下列说法正确的是
C
(填字母)。A. 天然气属于纯净物
B. 天然气和氢气均属于可再生能源
C. 透氢膜反应器内生成的$\ce{CO}$与$\ce{H_{2}}$未被完全分离
D. 石墨烯具有优良的导电性能，是一种金属单质
答案
9.（1）$\ce{CH_{4} + 2O_{2}\xlongequal{点燃}CO_{2} + 2H_{2}O}$ （2）①3 : 16 ②A
（3）①$\ce{CH_{4} + H_{2}O\xlongequal[催化剂]{高温}CO + 3H_{2}}$ ②$\ce{H_{2}}$与$\ce{O_{2}}$反应放热，为制氢提供热量
（4）C
【点拨】（1）在点燃的条件下，甲烷与氧气反应生成二氧化碳和水，据此书写化学方程式。（2）①由分子结构模型可知，产物“$\ce{○●○}$”的化学式为$\ce{CS_{2}}$，其中碳元素和硫元素的质量比为12 : (32×2) = 3 : 16；②由微观反应示意图信息可知，该反应的化学方程式为$\ce{CH_{4} + 2H_{2}S\xlongequal{催化剂}CS_{2} + 4H_{2}}$。由化学方程式可知，反应前后分子的数目发生改变，A符合题意；由质量守恒定律可知，反应前后原子的种类不变，B不符合题意；由质量守恒定律可知，反应前后物质的总质量不变，C不符合题意。（3）①由图2可知，甲烷和水蒸气在高温和催化剂的条件下生成一氧化碳和氢气，据此书写化学方程式；②在反应器的膜外侧通入氧气的主要目的是$\ce{H_{2}}$与$\ce{O_{2}}$反应放热，为制氢提供热量。（4）天然气的主要成分是甲烷，属于混合物，A错误；天然气是一种化石能源，在短期内得不到补充，属于不可再生能源，B错误；由图2可知，透氢膜反应器内生成的CO与$\ce{H_{2}}$未被完全分离，C正确；石墨烯具有优良的导电性能，它是由碳元素组成的，是一种非金属单质，D错误。
（3）①$\ce{CH_{4} + H_{2}O\xlongequal[催化剂]{高温}CO + 3H_{2}}$ ②$\ce{H_{2}}$与$\ce{O_{2}}$反应放热，为制氢提供热量
（4）C
【点拨】（1）在点燃的条件下，甲烷与氧气反应生成二氧化碳和水，据此书写化学方程式。（2）①由分子结构模型可知，产物“$\ce{○●○}$”的化学式为$\ce{CS_{2}}$，其中碳元素和硫元素的质量比为12 : (32×2) = 3 : 16；②由微观反应示意图信息可知，该反应的化学方程式为$\ce{CH_{4} + 2H_{2}S\xlongequal{催化剂}CS_{2} + 4H_{2}}$。由化学方程式可知，反应前后分子的数目发生改变，A符合题意；由质量守恒定律可知，反应前后原子的种类不变，B不符合题意；由质量守恒定律可知，反应前后物质的总质量不变，C不符合题意。（3）①由图2可知，甲烷和水蒸气在高温和催化剂的条件下生成一氧化碳和氢气，据此书写化学方程式；②在反应器的膜外侧通入氧气的主要目的是$\ce{H_{2}}$与$\ce{O_{2}}$反应放热，为制氢提供热量。（4）天然气的主要成分是甲烷，属于混合物，A错误；天然气是一种化石能源，在短期内得不到补充，属于不可再生能源，B错误；由图2可知，透氢膜反应器内生成的CO与$\ce{H_{2}}$未被完全分离，C正确；石墨烯具有优良的导电性能，它是由碳元素组成的，是一种非金属单质，D错误。
解析
【分析】
本题围绕天然气的综合利用，结合微观反应示意图和反应器示意图考查化学知识。解题时需：1. 根据甲烷燃烧的反应物、生成物及反应条件书写化学方程式；2. 分析图1的微观反应，确定产物化学式，计算元素质量比，结合化学方程式判断分子数目、原子种类、物质总质量的变化；3. 分析图2的反应，确定甲烷与水蒸气反应的相关信息书写化学方程式，结合反应吸热特点分析通入氧气的目的；4. 根据物质分类、能源分类及图示信息判断选项正误。
【解析】
(1) 甲烷完全燃烧是甲烷与氧气在点燃条件下反应，生成二氧化碳和水，配平后化学方程式为：$\ce{CH_{4} + 2O_{2}\xlongequal{点燃}CO_{2} + 2H_{2}O}$；
(2) ① 由图1微观示意图，产物“$\ce{○●○}$”的化学式为$\ce{CS_{2}}$，碳元素和硫元素的质量比为$12:(32×2)=3:16$；
② 该反应的化学方程式为$\ce{CH_{4} + 2H_{2}S\xlongequal{催化剂}CS_{2} + 4H_{2}}$，反应前分子总数为$1+2=3$，反应后分子总数为$1+4=5$，分子数目改变；根据质量守恒定律，反应前后原子种类、物质总质量均不变，故选A；
(3) ① 甲烷和水蒸气在高温、催化剂作用下反应生成一氧化碳和氢气，配平后化学方程式为：$\ce{CH_{4} + H_{2}O\xlongequal[催化剂]{高温}CO + 3H_{2}}$；
② 该制氢反应为吸热反应，膜外侧的$\ce{H_{2}}$与$\ce{O_{2}}$反应放热，可为制氢反应提供所需热量；
(4) 选项分析：A. 天然气主要成分为甲烷，属于混合物，错误；B. 天然气是化石能源，属于不可再生能源，错误；C. 由图2可知，透氢膜反应器内生成的$\ce{CO}$与$\ce{H_{2}}$一同排出，未被完全分离，正确；D. 石墨烯是碳元素组成的非金属单质，错误；故选C。
【答案】
(1) $\ce{CH_{4} + 2O_{2}\xlongequal{点燃}CO_{2} + 2H_{2}O}$
(2) ① $3:16$；② A
(3) ① $\ce{CH_{4} + H_{2}O\xlongequal[催化剂]{高温}CO + 3H_{2}}$；② $\ce{H_{2}}$与$\ce{O_{2}}$反应放热，为制氢提供热量
(4) C
【知识点】
化学方程式书写、质量守恒定律、元素质量比计算
【点评】
本题结合新情境考查化学核心知识，要求学生从图示提取有效信息，结合化学用语、质量守恒等解题，注重知识应用，是综合性较强的基础题。
【难度系数】
0.6
本题围绕天然气的综合利用，结合微观反应示意图和反应器示意图考查化学知识。解题时需：1. 根据甲烷燃烧的反应物、生成物及反应条件书写化学方程式；2. 分析图1的微观反应，确定产物化学式，计算元素质量比，结合化学方程式判断分子数目、原子种类、物质总质量的变化；3. 分析图2的反应，确定甲烷与水蒸气反应的相关信息书写化学方程式，结合反应吸热特点分析通入氧气的目的；4. 根据物质分类、能源分类及图示信息判断选项正误。
【解析】
(1) 甲烷完全燃烧是甲烷与氧气在点燃条件下反应，生成二氧化碳和水，配平后化学方程式为：$\ce{CH_{4} + 2O_{2}\xlongequal{点燃}CO_{2} + 2H_{2}O}$；
(2) ① 由图1微观示意图，产物“$\ce{○●○}$”的化学式为$\ce{CS_{2}}$，碳元素和硫元素的质量比为$12:(32×2)=3:16$；
② 该反应的化学方程式为$\ce{CH_{4} + 2H_{2}S\xlongequal{催化剂}CS_{2} + 4H_{2}}$，反应前分子总数为$1+2=3$，反应后分子总数为$1+4=5$，分子数目改变；根据质量守恒定律，反应前后原子种类、物质总质量均不变，故选A；
(3) ① 甲烷和水蒸气在高温、催化剂作用下反应生成一氧化碳和氢气，配平后化学方程式为：$\ce{CH_{4} + H_{2}O\xlongequal[催化剂]{高温}CO + 3H_{2}}$；
② 该制氢反应为吸热反应，膜外侧的$\ce{H_{2}}$与$\ce{O_{2}}$反应放热，可为制氢反应提供所需热量；
(4) 选项分析：A. 天然气主要成分为甲烷，属于混合物，错误；B. 天然气是化石能源，属于不可再生能源，错误；C. 由图2可知，透氢膜反应器内生成的$\ce{CO}$与$\ce{H_{2}}$一同排出，未被完全分离，正确；D. 石墨烯是碳元素组成的非金属单质，错误；故选C。
【答案】
(1) $\ce{CH_{4} + 2O_{2}\xlongequal{点燃}CO_{2} + 2H_{2}O}$
(2) ① $3:16$；② A
(3) ① $\ce{CH_{4} + H_{2}O\xlongequal[催化剂]{高温}CO + 3H_{2}}$；② $\ce{H_{2}}$与$\ce{O_{2}}$反应放热，为制氢提供热量
(4) C
【知识点】
化学方程式书写、质量守恒定律、元素质量比计算
【点评】
本题结合新情境考查化学核心知识，要求学生从图示提取有效信息，结合化学用语、质量守恒等解题，注重知识应用，是综合性较强的基础题。
【难度系数】
0.6
