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7. 从绿色低碳的角度考虑,下列能源中最理想的是 【 】
A.氢能
B.煤
C.石油
D.天然气
A.氢能
B.煤
C.石油
D.天然气
答案
A
解析
【分析】
解题思路：从“绿色低碳”的核心要求（低污染、低碳排放、环保）出发，分析各选项能源的燃烧产物及对环境的影响，筛选出符合要求的能源。首先明确绿色低碳能源的特点：燃烧产物无污染、碳排放少；再逐一对比选项中能源的环境影响，确定最理想的能源。
【解析】
逐一分析各选项：
A. 氢能：燃烧产物仅为水（反应：$\ce{2H_{2} + O_{2}\xlongequal{\mathrm{点燃}} 2H_{2}O}$），无污染物、无碳排放，属于清洁能源，符合绿色低碳要求；
B. 煤：属于化石燃料，燃烧产生大量$\ce{CO_{2}}$，还会释放$\ce{SO_{2}}$等有害气体，污染环境，不符合；
C. 石油：化石燃料，燃烧生成$\ce{CO_{2}}$、氮氧化物等污染物，污染程度较高，不符合；
D. 天然气：主要成分为$\ce{CH_{4}}$，燃烧生成$\ce{CO_{2}}$和水，虽污染较煤、石油小，但仍产生温室气体$\ce{CO_{2}}$，不符合最理想的要求。
综上，答案为A。
【答案】
A
【知识点】
清洁能源、化石燃料、绿色能源
【点评】
本题考查绿色低碳能源的判断，属于化学与能源领域的基础知识点，难度较低，学生只需掌握常见能源的环境影响即可解答。
【难度系数】
0.8
解题思路：从“绿色低碳”的核心要求（低污染、低碳排放、环保）出发，分析各选项能源的燃烧产物及对环境的影响，筛选出符合要求的能源。首先明确绿色低碳能源的特点：燃烧产物无污染、碳排放少；再逐一对比选项中能源的环境影响，确定最理想的能源。
【解析】
逐一分析各选项：
A. 氢能：燃烧产物仅为水（反应：$\ce{2H_{2} + O_{2}\xlongequal{\mathrm{点燃}} 2H_{2}O}$），无污染物、无碳排放，属于清洁能源，符合绿色低碳要求；
B. 煤：属于化石燃料，燃烧产生大量$\ce{CO_{2}}$，还会释放$\ce{SO_{2}}$等有害气体，污染环境，不符合；
C. 石油：化石燃料，燃烧生成$\ce{CO_{2}}$、氮氧化物等污染物，污染程度较高，不符合；
D. 天然气：主要成分为$\ce{CH_{4}}$，燃烧生成$\ce{CO_{2}}$和水，虽污染较煤、石油小，但仍产生温室气体$\ce{CO_{2}}$，不符合最理想的要求。
综上，答案为A。
【答案】
A
【知识点】
清洁能源、化石燃料、绿色能源
【点评】
本题考查绿色低碳能源的判断，属于化学与能源领域的基础知识点，难度较低，学生只需掌握常见能源的环境影响即可解答。
【难度系数】
0.8
8. 下图表示某市家用燃料使用的发展历程(括号内表示主要成分)。下列说法错误的是 【 】
A.管道煤气有毒
B.液化石油气是石油化工的一种产品
C.家用燃料燃烧时均放出热量
D.使煤分解制成管道煤气的变化是物理变化
A.管道煤气有毒
B.液化石油气是石油化工的一种产品
C.家用燃料燃烧时均放出热量
D.使煤分解制成管道煤气的变化是物理变化
答案
D
解析
【分析】
要判断各选项的正误，需结合常见家用燃料的成分、性质及变化类型逐一分析：管道煤气含CO（有毒）、液化石油气是石油化工产品、燃料燃烧放热，煤制管道煤气有新物质生成，据此判断选项对错。
【解析】
选项A：管道煤气的主要成分包含CO，CO易与血红蛋白结合导致人体中毒，该说法正确；
选项B：液化石油气是石油加工得到的产品，属于石油化工的产物，该说法正确；
选项C：所有家用燃料的燃烧反应都属于放热反应，燃烧时均放出热量，该说法正确；
选项D：煤分解制成管道煤气的过程中，生成了CO、H₂、CH₄等新物质，属于化学变化，不是物理变化，该说法错误。
【答案】
D
【知识点】
燃料的性质、物质的变化类型
【点评】
本题考查家用燃料的相关基础知识，涉及常见燃料的成分、性质及变化类型，需准确区分化学变化与物理变化的本质区别（是否有新物质生成），整体难度较低。
【难度系数】
0.5
要判断各选项的正误，需结合常见家用燃料的成分、性质及变化类型逐一分析：管道煤气含CO（有毒）、液化石油气是石油化工产品、燃料燃烧放热，煤制管道煤气有新物质生成，据此判断选项对错。
【解析】
选项A：管道煤气的主要成分包含CO，CO易与血红蛋白结合导致人体中毒，该说法正确；
选项B：液化石油气是石油加工得到的产品，属于石油化工的产物，该说法正确；
选项C：所有家用燃料的燃烧反应都属于放热反应，燃烧时均放出热量，该说法正确；
选项D：煤分解制成管道煤气的过程中，生成了CO、H₂、CH₄等新物质，属于化学变化，不是物理变化，该说法错误。
【答案】
D
【知识点】
燃料的性质、物质的变化类型
【点评】
本题考查家用燃料的相关基础知识，涉及常见燃料的成分、性质及变化类型，需准确区分化学变化与物理变化的本质区别（是否有新物质生成），整体难度较低。
【难度系数】
0.5
9.“西气东输”是开发大西北的一项重大工程，输送的是当今世界上最重要的一种气体化石燃料，该气体的主要成分是
【 】
A.氢气
B.石油气
C.甲烷
D.一氧化碳
【 】
A.氢气
B.石油气
C.甲烷
D.一氧化碳
答案
C
解析
【分析】
解题思路：首先明确“西气东输”输送的气体是天然气，天然气属于气体化石燃料，其主要成分是甲烷。再逐一分析选项：A选项氢气不是化石燃料，也不是西气东输的输送气体；B选项石油气是多种烃的混合物，不是该工程输送的主要气体；C选项甲烷是天然气的主要成分，符合题意；D选项一氧化碳不是天然气的主要成分，由此确定答案。
【解析】
“西气东输”工程输送的气体为天然气，天然气是气体化石燃料，其主要成分是甲烷。对各选项分析：A.氢气不属于化石燃料，且不是西气东输输送的气体，错误；B.石油气是多种碳氢化合物的混合物，不是该工程输送的主要气体，错误；C.甲烷是天然气的主要成分，符合题意，正确；D.一氧化碳不是天然气的主要成分，错误。故本题选C。
【答案】
C
【知识点】
化石燃料 天然气的成分
【点评】
本题考查化学能源的基础识记内容，属于简单题，需牢记常见气体化石燃料的主要成分，难度较低。
【难度系数】
0.8
解题思路：首先明确“西气东输”输送的气体是天然气，天然气属于气体化石燃料，其主要成分是甲烷。再逐一分析选项：A选项氢气不是化石燃料，也不是西气东输的输送气体；B选项石油气是多种烃的混合物，不是该工程输送的主要气体；C选项甲烷是天然气的主要成分，符合题意；D选项一氧化碳不是天然气的主要成分，由此确定答案。
【解析】
“西气东输”工程输送的气体为天然气，天然气是气体化石燃料，其主要成分是甲烷。对各选项分析：A.氢气不属于化石燃料，且不是西气东输输送的气体，错误；B.石油气是多种碳氢化合物的混合物，不是该工程输送的主要气体，错误；C.甲烷是天然气的主要成分，符合题意，正确；D.一氧化碳不是天然气的主要成分，错误。故本题选C。
【答案】
C
【知识点】
化石燃料 天然气的成分
【点评】
本题考查化学能源的基础识记内容，属于简单题，需牢记常见气体化石燃料的主要成分，难度较低。
【难度系数】
0.8
10. 下列关于燃料综合利用的说法正确的是 【 】
A.石油分馏制得汽油、柴油等产品
B.煤在空气中加强热制得焦炭、煤焦油和煤气等产品
C.石油的分馏和煤的干馏均属于化学变化
D.石油是由一些沸点不同的化合物组成的混合物，不加热就可以直接燃烧
A.石油分馏制得汽油、柴油等产品
B.煤在空气中加强热制得焦炭、煤焦油和煤气等产品
C.石油的分馏和煤的干馏均属于化学变化
D.石油是由一些沸点不同的化合物组成的混合物，不加热就可以直接燃烧
答案
A
解析
【分析】本题考查燃料综合利用的相关知识，解题时需逐一分析每个选项，结合石油分馏、煤的干馏的原理，物理变化与化学变化的区别，以及石油的组成和燃烧条件等知识点，判断各选项的正误，从而选出正确答案。
【解析】逐一分析各选项：
A. 石油分馏是利用石油中各成分沸点不同，通过加热分离得到汽油、柴油等产品，该过程没有新物质生成，属于物理变化，说法正确。
B. 煤的干馏是将煤隔绝空气加强热，才能制得焦炭、煤焦油和煤气等产品；若在空气中加强热，煤会与氧气发生燃烧反应，无法得到这些产品，说法错误。
C. 石油分馏是利用各成分沸点不同分离混合物，没有新物质生成，属于物理变化；煤的干馏有新物质生成，属于化学变化，因此“均属于化学变化”的说法错误。
D. 石油是由多种沸点不同的化合物组成的混合物，但石油的着火点较高，需要加热达到着火点才能燃烧，且直接燃烧会产生大量污染物，不能“不加热就可以直接燃烧”，说法错误。
【答案】A
【知识点】石油分馏、煤的干馏、物质的变化
【点评】本题考查化学与能源领域的基础概念，聚焦石油和煤的综合利用的核心知识点，需要准确区分物理变化与化学变化，掌握石油分馏和煤干馏的条件与产物，属于易混淆的基础考点，需仔细辨析。
【难度系数】0.7
【解析】逐一分析各选项：
A. 石油分馏是利用石油中各成分沸点不同，通过加热分离得到汽油、柴油等产品，该过程没有新物质生成，属于物理变化，说法正确。
B. 煤的干馏是将煤隔绝空气加强热，才能制得焦炭、煤焦油和煤气等产品；若在空气中加强热，煤会与氧气发生燃烧反应，无法得到这些产品，说法错误。
C. 石油分馏是利用各成分沸点不同分离混合物，没有新物质生成，属于物理变化；煤的干馏有新物质生成，属于化学变化，因此“均属于化学变化”的说法错误。
D. 石油是由多种沸点不同的化合物组成的混合物，但石油的着火点较高，需要加热达到着火点才能燃烧，且直接燃烧会产生大量污染物，不能“不加热就可以直接燃烧”，说法错误。
【答案】A
【知识点】石油分馏、煤的干馏、物质的变化
【点评】本题考查化学与能源领域的基础概念，聚焦石油和煤的综合利用的核心知识点，需要准确区分物理变化与化学变化，掌握石油分馏和煤干馏的条件与产物，属于易混淆的基础考点，需仔细辨析。
【难度系数】0.7
11.我国是世界上首个稳定开采可燃冰的国家。可燃冰是以甲烷为主的天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质。
(1)可燃冰属于
(2)化学家在较低的温度和压强下,用甲烷等为原料制成了金刚石薄膜,该变化属于
(3)常温常压时,由甲烷和另两种气体组成的混合物中,碳元素的质量分数为80%,则另两种气体可能是
A. H₂和 CO
B. H₂和 C₂H₂
C. C₂H₂和 C₂H₄
D. CO和 C₂H₄
(1)可燃冰属于
混合物
（填“纯净物”或“混合物”）。(2)化学家在较低的温度和压强下,用甲烷等为原料制成了金刚石薄膜,该变化属于
化学变化
（填“物理变化”或“化学变化”）。(3)常温常压时,由甲烷和另两种气体组成的混合物中,碳元素的质量分数为80%,则另两种气体可能是
BCD
（填字母,多选）。A. H₂和 CO
B. H₂和 C₂H₂
C. C₂H₂和 C₂H₄
D. CO和 C₂H₄
答案
(1) 混合物
(2) 化学变化
(3) BCD
(2) 化学变化
(3) BCD
解析
【分析】
本题需结合化学基本概念和元素质量分数计算解题：第(1)题根据纯净物、混合物的定义判断物质类别；第(2)题依据物理变化与化学变化的本质区别（有无新物质生成）判断变化类型；第(3)题先计算各气体碳元素质量分数，再利用平均值法分析混合气体的组成，确保总碳质量分数达到80%。
【解析】
(1) 纯净物由一种物质组成，混合物由多种物质组成。可燃冰是甲烷与水等多种物质形成的，因此属于混合物；
(2) 物理变化无新物质生成，化学变化有新物质生成。用甲烷制金刚石薄膜，生成了新物质金刚石，故该变化属于化学变化；
(3) 先计算各气体碳元素质量分数：
甲烷（CH₄）：$C\%=\frac{12}{12+4×1}×100\%=75\%$；
CO：$C\%=\frac{12}{12+16}×100\%\approx42.86\%$；
C₂H₂：$C\%=\frac{2×12}{2×12+2×1}×100\%\approx92.3\%$；
C₂H₄：$C\%=\frac{2×12}{2×12+4×1}×100\%\approx85.7\%$；
混合气体总碳质量分数为80%，甲烷碳含量为75%，故另两种气体的平均碳含量需大于80%：
选项A：H₂（0）和CO（≈42.86%）均小于80%，平均碳含量小于80%，不符合；
选项B：H₂（0）和C₂H₂（≈92.3%）一个小于、一个大于80%，平均可大于80%，符合；
选项C：C₂H₂（≈92.3%）和C₂H₄（≈85.7%）均大于80%，平均碳含量大于80%，符合；
选项D：CO（≈42.86%）和C₂H₄（≈85.7%）一个小于、一个大于80%，平均可大于80%，符合；
综上，答案为BCD。
【答案】
(1)混合物；(2)化学变化；(3)BCD
【知识点】
纯净物与混合物、物理变化与化学变化、元素质量分数计算
【点评】
本题考查化学基础概念与元素质量分数计算，需准确区分相关概念，利用平均值法分析混合组成，难度适中。
【难度系数】
0.5
本题需结合化学基本概念和元素质量分数计算解题：第(1)题根据纯净物、混合物的定义判断物质类别；第(2)题依据物理变化与化学变化的本质区别（有无新物质生成）判断变化类型；第(3)题先计算各气体碳元素质量分数，再利用平均值法分析混合气体的组成，确保总碳质量分数达到80%。
【解析】
(1) 纯净物由一种物质组成，混合物由多种物质组成。可燃冰是甲烷与水等多种物质形成的，因此属于混合物；
(2) 物理变化无新物质生成，化学变化有新物质生成。用甲烷制金刚石薄膜，生成了新物质金刚石，故该变化属于化学变化；
(3) 先计算各气体碳元素质量分数：
甲烷（CH₄）：$C\%=\frac{12}{12+4×1}×100\%=75\%$；
CO：$C\%=\frac{12}{12+16}×100\%\approx42.86\%$；
C₂H₂：$C\%=\frac{2×12}{2×12+2×1}×100\%\approx92.3\%$；
C₂H₄：$C\%=\frac{2×12}{2×12+4×1}×100\%\approx85.7\%$；
混合气体总碳质量分数为80%，甲烷碳含量为75%，故另两种气体的平均碳含量需大于80%：
选项A：H₂（0）和CO（≈42.86%）均小于80%，平均碳含量小于80%，不符合；
选项B：H₂（0）和C₂H₂（≈92.3%）一个小于、一个大于80%，平均可大于80%，符合；
选项C：C₂H₂（≈92.3%）和C₂H₄（≈85.7%）均大于80%，平均碳含量大于80%，符合；
选项D：CO（≈42.86%）和C₂H₄（≈85.7%）一个小于、一个大于80%，平均可大于80%，符合；
综上，答案为BCD。
【答案】
(1)混合物；(2)化学变化；(3)BCD
【知识点】
纯净物与混合物、物理变化与化学变化、元素质量分数计算
【点评】
本题考查化学基础概念与元素质量分数计算，需准确区分相关概念，利用平均值法分析混合组成，难度适中。
【难度系数】
0.5
12.(2024·苏州)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($\mathrm{CH}_4$),还含有少量硫化氢($\mathrm{H}_2\mathrm{S}$)等气体。
硫化氢可在催化剂作用下与甲烷反应而除去,其反应的微观示意图如图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$\mathrm{CO}_2$和$\mathrm{H}_2\mathrm{O}$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“[图B]”中,碳元素和硫元素的质量比为
②该反应过程中变化的是
A.分子的数目
B.原子的种类
C.物质的总质量
(3)结合图2,分析甲烷和水蒸气催化制氢的反应。
①甲烷和水蒸气催化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$\mathrm{CO}$与$\mathrm{H}_2$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($\mathrm{CH}_4$),还含有少量硫化氢($\mathrm{H}_2\mathrm{S}$)等气体。
硫化氢可在催化剂作用下与甲烷反应而除去,其反应的微观示意图如图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$\mathrm{CO}_2$和$\mathrm{H}_2\mathrm{O}$的化学方程式为
$\displaystyle \mathrm{CH_4+2O_2\xlongequal{点燃} 2H_2O+CO_2}$
。(2)结合图1,分析甲烷与硫化氢的反应。
①产物“[图B]”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,分析甲烷和水蒸气催化制氢的反应。
①甲烷和水蒸气催化制氢反应的化学方程式为
$\displaystyle \mathrm{CH_4+H_2O\xlongequal[高温]{催化剂} CO+3H_2}$
。②在反应器的膜外侧通入氧气的主要目的是
$\mathrm{H_2}$与$\mathrm{O_2}$反应放热,为制氢反应提供热量
。(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$\mathrm{CO}$与$\mathrm{H}_2$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
(1) $\displaystyle \mathrm{CH_4+2O_2\xlongequal{点燃} 2H_2O+CO_2}$
(2) ① $3:16$
② A
(3) ① $\displaystyle \mathrm{CH_4+H_2O\xlongequal[高温]{催化剂} CO+3H_2}$
② $\mathrm{H_2}$与$\mathrm{O_2}$反应放热,为制氢反应提供热量
(4) C
(2) ① $3:16$
② A
(3) ① $\displaystyle \mathrm{CH_4+H_2O\xlongequal[高温]{催化剂} CO+3H_2}$
② $\mathrm{H_2}$与$\mathrm{O_2}$反应放热,为制氢反应提供热量
(4) C
解析
【分析】
本题围绕天然气的综合利用展开，需结合化学方程式书写规则、质量守恒定律、微观反应示意图、题目给定信息及物质分类等知识逐一分析各小问：
1. 第(1)题需根据甲烷燃烧的反应物、生成物及反应条件，配平化学方程式；
2. 第(2)题①需根据微观示意图确定产物，计算碳、硫元素质量比；②结合质量守恒定律分析反应前后的变化（原子种类、总质量不变，分子数目可能改变）；
3. 第(3)题①根据题目信息确定反应物、生成物及反应条件，配平化学方程式；②结合反应吸热的特点，分析通氧气的目的；
4. 第(4)题逐一分析各选项，结合物质分类、能源类型、透氢膜作用、石墨烯类别判断正误。
【解析】
(1) 甲烷完全燃烧的反应物为$\mathrm{CH_4}$和$\mathrm{O_2}$，反应条件为点燃，生成物为$\mathrm{CO_2}$和$\mathrm{H_2O}$，根据原子守恒配平得：$\mathrm{CH_4+2O_2\xlongequal{点燃} CO_2+2H_2O}$；
(2) ①根据微观示意图，甲烷与硫化氢反应的产物为$\mathrm{CS_2}$和$\mathrm{H_2}$，碳元素与硫元素的质量比为$12:(32×2)=12:64=3:16$；②根据质量守恒定律，化学反应前后原子种类、物质总质量均不变；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，故选A；
(3) ①甲烷和水蒸气在催化剂、高温条件下反应生成$\mathrm{CO}$和$\mathrm{H_2}$，配平后化学方程式为：$\mathrm{CH_4+H_2O\xlongequal[高温]{催化剂} CO+3H_2}$；②制氢反应为吸热反应，膜外侧的$\mathrm{O_2}$与透过膜的$\mathrm{H_2}$反应放热，可为制氢反应提供所需的热量；
(4) 选项分析：A. 天然气含甲烷、硫化氢等多种物质，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. 透氢膜仅允许氢气通过，生成的$\mathrm{CO}$无法通过，故$\mathrm{CO}$与$\mathrm{H_2}$未被完全分离，正确；D. 石墨烯是碳单质，属于非金属单质，错误，故选C。
【答案】
(1) $\mathrm{CH_4+2O_2\xlongequal{点燃} CO_2+2H_2O}$
(2) ① $3:16$；② A
(3) ① $\mathrm{CH_4+H_2O\xlongequal[高温]{催化剂} CO+3H_2}$；② $\mathrm{H_2}$与$\mathrm{O_2}$反应放热，为制氢反应提供热量
(4) C
【知识点】
化学方程式书写、质量守恒定律、能源与材料
【点评】
本题以天然气的综合利用为背景，综合考查化学方程式书写、质量守恒定律应用、物质分类及能源判断等知识点，需学生结合微观示意图和题目信息分析，注重基础与信息提取能力，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题围绕天然气的综合利用展开，需结合化学方程式书写规则、质量守恒定律、微观反应示意图、题目给定信息及物质分类等知识逐一分析各小问：
1. 第(1)题需根据甲烷燃烧的反应物、生成物及反应条件，配平化学方程式；
2. 第(2)题①需根据微观示意图确定产物，计算碳、硫元素质量比；②结合质量守恒定律分析反应前后的变化（原子种类、总质量不变，分子数目可能改变）；
3. 第(3)题①根据题目信息确定反应物、生成物及反应条件，配平化学方程式；②结合反应吸热的特点，分析通氧气的目的；
4. 第(4)题逐一分析各选项，结合物质分类、能源类型、透氢膜作用、石墨烯类别判断正误。
【解析】
(1) 甲烷完全燃烧的反应物为$\mathrm{CH_4}$和$\mathrm{O_2}$，反应条件为点燃，生成物为$\mathrm{CO_2}$和$\mathrm{H_2O}$，根据原子守恒配平得：$\mathrm{CH_4+2O_2\xlongequal{点燃} CO_2+2H_2O}$；
(2) ①根据微观示意图，甲烷与硫化氢反应的产物为$\mathrm{CS_2}$和$\mathrm{H_2}$，碳元素与硫元素的质量比为$12:(32×2)=12:64=3:16$；②根据质量守恒定律，化学反应前后原子种类、物质总质量均不变；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，故选A；
(3) ①甲烷和水蒸气在催化剂、高温条件下反应生成$\mathrm{CO}$和$\mathrm{H_2}$，配平后化学方程式为：$\mathrm{CH_4+H_2O\xlongequal[高温]{催化剂} CO+3H_2}$；②制氢反应为吸热反应，膜外侧的$\mathrm{O_2}$与透过膜的$\mathrm{H_2}$反应放热，可为制氢反应提供所需的热量；
(4) 选项分析：A. 天然气含甲烷、硫化氢等多种物质，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. 透氢膜仅允许氢气通过，生成的$\mathrm{CO}$无法通过，故$\mathrm{CO}$与$\mathrm{H_2}$未被完全分离，正确；D. 石墨烯是碳单质，属于非金属单质，错误，故选C。
【答案】
(1) $\mathrm{CH_4+2O_2\xlongequal{点燃} CO_2+2H_2O}$
(2) ① $3:16$；② A
(3) ① $\mathrm{CH_4+H_2O\xlongequal[高温]{催化剂} CO+3H_2}$；② $\mathrm{H_2}$与$\mathrm{O_2}$反应放热，为制氢反应提供热量
(4) C
【知识点】
化学方程式书写、质量守恒定律、能源与材料
【点评】
本题以天然气的综合利用为背景，综合考查化学方程式书写、质量守恒定律应用、物质分类及能源判断等知识点，需学生结合微观示意图和题目信息分析，注重基础与信息提取能力，难度适中。
【难度系数】
0.6
