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10. (2025·贵州)燃料的使用推动了人类社会的发展。
(1)燃料变迁过程:木柴(热值 16 kJ/g)→煤(热值 27 kJ/g)→天然气(热值 55 kJ/g)。
①木柴的热值比煤
②为使煤充分燃烧,可采取的一种方法是
③用电火花引燃气态燃料,为燃料燃烧提供的条件是
④从达成碳中和的目标分析,用天然气($\ce{CH_{4}}$)替代煤(C)作燃料的理由是
(2)氢气是未来理想的能源。
①2024年6月,我国首次实现利用海上风电电解海水制氢。电解18 kg水,理论上能得到氢气的质量为
②用单壁碳纳米管可储存氢气,如图1所示,该过程中不变的微观粒子是
另一种储氢方式如图2所示,与的质量比是
③从不同视角思考,设计一种理想燃料,需要考虑的因素有
(1)燃料变迁过程:木柴(热值 16 kJ/g)→煤(热值 27 kJ/g)→天然气(热值 55 kJ/g)。
①木柴的热值比煤
低
(选填“高”或“低”)。②为使煤充分燃烧,可采取的一种方法是
将煤制成蜂窝煤(答案合理即可)
。③用电火花引燃气态燃料,为燃料燃烧提供的条件是
使温度达到燃料的着火点
。④从达成碳中和的目标分析,用天然气($\ce{CH_{4}}$)替代煤(C)作燃料的理由是
天然气的热值比煤高,要得到同样的热量,需要消耗的天然气更少,产生的二氧化碳更少
。(2)氢气是未来理想的能源。
①2024年6月,我国首次实现利用海上风电电解海水制氢。电解18 kg水,理论上能得到氢气的质量为
2
kg。②用单壁碳纳米管可储存氢气,如图1所示,该过程中不变的微观粒子是
碳原子和氢原子
。另一种储氢方式如图2所示,与的质量比是
14:15
(填最简整数比)。③从不同视角思考,设计一种理想燃料,需要考虑的因素有
热值高、无污染(或原料来源广、制取成本低等,答案合理即可)
(写两点)。答案
(1)①低 ②将煤制成蜂窝煤(答案合理即可) ③使温度达到燃料的着火点 ④天然气的热值比煤高,要得到同样的热量,需要消耗的天然气更少,产生的二氧化碳更少
(2)①2 ②碳原子和氢原子 14:15 ③热值高、无污染(或原料来源广、制取成本低等,答案合理即可)
(2)①2 ②碳原子和氢原子 14:15 ③热值高、无污染(或原料来源广、制取成本低等,答案合理即可)
解析
【分析】
本题围绕燃料的使用展开，分为两部分：(1)考查燃料热值、煤充分燃烧的方法、燃烧条件及碳中和相关的燃料选择；(2)考查电解水的计算、储氢过程的微观粒子变化、反应中物质的质量比及理想燃料的设计因素。解题时需结合题目信息、燃烧三条件、化学方程式计算规则、微观粒子变化规律逐一分析：①直接对比木柴与煤的热值数值；②从增大接触面积或提供充足氧气角度思考煤充分燃烧的方法；③结合燃烧条件分析电火花引燃的作用；④从减少CO₂排放的碳中和目标对比天然气与煤的差异；①利用电解水的化学方程式计算氢气质量；②图1储氢为物理变化，原子不变；图2需确定反应中物质的化学式再计算质量比；③从环保、热值、原料等角度考虑理想燃料的设计因素。
【解析】
(1)①题目给出木柴热值为16 kJ/g，煤为27 kJ/g，16＜27，故木柴热值比煤低；
②使煤充分燃烧，可增大煤与氧气的接触面积，如将煤制成蜂窝煤（或鼓入足量空气，合理即可）；
③燃烧需要温度达到可燃物的着火点，电火花引燃的作用是使温度达到燃料的着火点，从而引发燃烧；
④碳中和目标要求减少二氧化碳排放，天然气热值比煤高，要获得相同的热量，消耗的天然气质量更少，产生的二氧化碳量也更少，因此用天然气替代煤更利于达成碳中和；
(2)①电解水的化学方程式为$\ce{2H_{2}O\xlongequal{通电}2H_{2}\uparrow + O_{2}\uparrow}$，设生成氢气的质量为$x$，则$\frac{2×18}{2×2}=\frac{18\ \mathrm{kg}}{x}$，解得$x=2\ \mathrm{kg}$；
②图1中碳纳米管储氢属于物理变化，原子是化学变化中的最小粒子，物理变化中原子种类不变，因此不变的微观粒子是碳原子和氢原子；图2的反应中，反应物与生成物的质量比为14:15（按参考答案要求）；
③设计理想燃料，需考虑热值高、燃烧产物无污染、原料来源广、制取成本低等因素，任选两点即可。
【答案】
(1)①低；②将煤制成蜂窝煤（答案合理即可）；③使温度达到燃料的着火点；④天然气的热值比煤高，要得到同样的热量，需要消耗的天然气更少，产生的二氧化碳更少
(2)①2；②碳原子和氢原子；14:15；③热值高、无污染（或原料来源广、制取成本低等，答案合理即可）
【知识点】
燃料的利用、化学方程式计算、微观粒子变化
【点评】
本题结合生活中的燃料变迁和科技储氢技术，考查燃料相关的基础知识点，贴近实际且联系碳中和热点，既考查基础知识掌握，又培养学生的应用能力，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题围绕燃料的使用展开，分为两部分：(1)考查燃料热值、煤充分燃烧的方法、燃烧条件及碳中和相关的燃料选择；(2)考查电解水的计算、储氢过程的微观粒子变化、反应中物质的质量比及理想燃料的设计因素。解题时需结合题目信息、燃烧三条件、化学方程式计算规则、微观粒子变化规律逐一分析：①直接对比木柴与煤的热值数值；②从增大接触面积或提供充足氧气角度思考煤充分燃烧的方法；③结合燃烧条件分析电火花引燃的作用；④从减少CO₂排放的碳中和目标对比天然气与煤的差异；①利用电解水的化学方程式计算氢气质量；②图1储氢为物理变化，原子不变；图2需确定反应中物质的化学式再计算质量比；③从环保、热值、原料等角度考虑理想燃料的设计因素。
【解析】
(1)①题目给出木柴热值为16 kJ/g，煤为27 kJ/g，16＜27，故木柴热值比煤低；
②使煤充分燃烧，可增大煤与氧气的接触面积，如将煤制成蜂窝煤（或鼓入足量空气，合理即可）；
③燃烧需要温度达到可燃物的着火点，电火花引燃的作用是使温度达到燃料的着火点，从而引发燃烧；
④碳中和目标要求减少二氧化碳排放，天然气热值比煤高，要获得相同的热量，消耗的天然气质量更少，产生的二氧化碳量也更少，因此用天然气替代煤更利于达成碳中和；
(2)①电解水的化学方程式为$\ce{2H_{2}O\xlongequal{通电}2H_{2}\uparrow + O_{2}\uparrow}$，设生成氢气的质量为$x$，则$\frac{2×18}{2×2}=\frac{18\ \mathrm{kg}}{x}$，解得$x=2\ \mathrm{kg}$；
②图1中碳纳米管储氢属于物理变化，原子是化学变化中的最小粒子，物理变化中原子种类不变，因此不变的微观粒子是碳原子和氢原子；图2的反应中，反应物与生成物的质量比为14:15（按参考答案要求）；
③设计理想燃料，需考虑热值高、燃烧产物无污染、原料来源广、制取成本低等因素，任选两点即可。
【答案】
(1)①低；②将煤制成蜂窝煤（答案合理即可）；③使温度达到燃料的着火点；④天然气的热值比煤高，要得到同样的热量，需要消耗的天然气更少，产生的二氧化碳更少
(2)①2；②碳原子和氢原子；14:15；③热值高、无污染（或原料来源广、制取成本低等，答案合理即可）
【知识点】
燃料的利用、化学方程式计算、微观粒子变化
【点评】
本题结合生活中的燃料变迁和科技储氢技术，考查燃料相关的基础知识点，贴近实际且联系碳中和热点，既考查基础知识掌握，又培养学生的应用能力，难度适中。
【难度系数】
0.6
11.（2025·宿迁）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的化学方程式为
(2)在理想状态下，小组同学设计了图2所示的实验，将测得的实验数据绘制成图像（如图3所示）。由图3可知，氢气作为燃料的优点是
(3)2023年，我国首次掺氢天然气（在天然气中掺入氢气）管道燃爆试验成功，掺氢天然气能改善天然气的品质。某掺氢天然气（假设该混合气体仅含$\ce{CH_{4}}$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
(4)氢气的储运成本较高，原因之一是氢气易逸散，对储运容器的密封性要求极高。从微观粒子视角分析，氢气易逸散的原因是
(1)甲烷和水蒸气反应制氢气的化学方程式为
$\ce{CH_{4} + H_{2}O\xlongequal[催化剂]{高温}CO + 3H_{2}}$
。(2)在理想状态下，小组同学设计了图2所示的实验，将测得的实验数据绘制成图像（如图3所示）。由图3可知，氢气作为燃料的优点是
热值高(或相同质量下完全燃烧时比其他燃料放出的热量多)
。从安全角度考虑，点燃两种气体前，一定要检验其纯度
。(3)2023年，我国首次掺氢天然气（在天然气中掺入氢气）管道燃爆试验成功，掺氢天然气能改善天然气的品质。某掺氢天然气（假设该混合气体仅含$\ce{CH_{4}}$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
1:6
（填最简整数比）。(4)氢气的储运成本较高，原因之一是氢气易逸散，对储运容器的密封性要求极高。从微观粒子视角分析，氢气易逸散的原因是
氢分子的质量和体积小、运动速率快
。答案
(1)$\ce{CH_{4} + H_{2}O\xlongequal[催化剂]{高温}CO + 3H_{2}}$
(2)热值高(或相同质量下完全燃烧时比其他燃料放出的热量多) 纯度
(3)1:6
(4)氢分子的质量和体积小、运动速率快
(2)热值高(或相同质量下完全燃烧时比其他燃料放出的热量多) 纯度
(3)1:6
(4)氢分子的质量和体积小、运动速率快
解析
【分析】
本题围绕甲烷制氢工艺及氢气相关性质展开，分四个小问逐步分析：
1. 第(1)题需根据反应物、生成物及反应条件，结合原子守恒配平化学方程式；
2. 第(2)题结合图像分析氢气作为燃料的优点，再依据可燃性气体的安全使用要求明确操作；
3. 第(3)题通过设混合气体总质量，利用元素守恒计算对应$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$的物质的量，进而得到分子个数比；
4. 第(4)题从微观粒子（分子）的性质角度分析氢气易逸散的原因。
【解析】
(1) 反应物为$\ce{CH_{4}}$和$\ce{H_{2}O}$，反应条件为高温、催化剂，生成物为$\ce{CO}$和$\ce{H_{2}}$，根据原子守恒配平得：$\ce{CH_{4} + H_{2}O\xlongequal[催化剂]{高温}CO + 3H_{2}}$；
(2) 由图3可知，相同质量的氢气完全燃烧放出的热量比其他燃料多，故优点为热值高；可燃性气体与空气混合点燃易爆炸，因此点燃前需检验其纯度；
(3) 设混合气体总质量为$m$，则氢元素质量为$0.5m$，碳元素质量为$0.5m$。根据元素守恒，$\ce{CO_{2}}$的物质的量$n(\ce{CO_{2}})=\frac{0.5m}{12}$，$\ce{H_{2}O}$的物质的量$n(\ce{H_{2}O})=\frac{0.5m}{1×2}=0.25m$，分子个数比等于物质的量之比，故$\ce{CO_{2}}$与$\ce{H_{2}O}$的分子个数比为$\frac{0.5m}{12}:0.25m=1:6$；
(4) 从微观视角，氢分子的质量和体积小，且运动速率快，因此氢气易逸散。
【答案】
(1)$\ce{CH_{4} + H_{2}O\xlongequal[催化剂]{高温}CO + 3H_{2}}$
(2)热值高(或相同质量下完全燃烧时比其他燃料放出的热量多)；纯度
(3)1:6
(4)氢分子的质量和体积小、运动速率快
【知识点】
化学方程式书写；氢气的性质；分子的性质
【点评】
本题综合考查初中化学核心知识点，涵盖化学方程式书写、氢气应用与安全、元素守恒计算、分子性质，需学生熟练掌握基础并灵活运用守恒思想，难度适中。
【难度系数】
0.5
本题围绕甲烷制氢工艺及氢气相关性质展开，分四个小问逐步分析：
1. 第(1)题需根据反应物、生成物及反应条件，结合原子守恒配平化学方程式；
2. 第(2)题结合图像分析氢气作为燃料的优点，再依据可燃性气体的安全使用要求明确操作；
3. 第(3)题通过设混合气体总质量，利用元素守恒计算对应$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$的物质的量，进而得到分子个数比；
4. 第(4)题从微观粒子（分子）的性质角度分析氢气易逸散的原因。
【解析】
(1) 反应物为$\ce{CH_{4}}$和$\ce{H_{2}O}$，反应条件为高温、催化剂，生成物为$\ce{CO}$和$\ce{H_{2}}$，根据原子守恒配平得：$\ce{CH_{4} + H_{2}O\xlongequal[催化剂]{高温}CO + 3H_{2}}$；
(2) 由图3可知，相同质量的氢气完全燃烧放出的热量比其他燃料多，故优点为热值高；可燃性气体与空气混合点燃易爆炸，因此点燃前需检验其纯度；
(3) 设混合气体总质量为$m$，则氢元素质量为$0.5m$，碳元素质量为$0.5m$。根据元素守恒，$\ce{CO_{2}}$的物质的量$n(\ce{CO_{2}})=\frac{0.5m}{12}$，$\ce{H_{2}O}$的物质的量$n(\ce{H_{2}O})=\frac{0.5m}{1×2}=0.25m$，分子个数比等于物质的量之比，故$\ce{CO_{2}}$与$\ce{H_{2}O}$的分子个数比为$\frac{0.5m}{12}:0.25m=1:6$；
(4) 从微观视角，氢分子的质量和体积小，且运动速率快，因此氢气易逸散。
【答案】
(1)$\ce{CH_{4} + H_{2}O\xlongequal[催化剂]{高温}CO + 3H_{2}}$
(2)热值高(或相同质量下完全燃烧时比其他燃料放出的热量多)；纯度
(3)1:6
(4)氢分子的质量和体积小、运动速率快
【知识点】
化学方程式书写；氢气的性质；分子的性质
【点评】
本题综合考查初中化学核心知识点，涵盖化学方程式书写、氢气应用与安全、元素守恒计算、分子性质，需学生熟练掌握基础并灵活运用守恒思想，难度适中。
【难度系数】
0.5
