Question

1．氫氣是化工行業(yè)重要原料之一．
（1）電解飽和食鹽水是生產(chǎn)H₂的方法之一．常溫下，電解250mL飽和食鹽水一段時(shí)間后，溶液質(zhì)量減輕0.365g（假設(shè)氣體全部逸出）．生成的氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為112mL．
（2）在電弧爐中，甲烷裂解產(chǎn)生乙炔和氫氣，若1m³甲烷經(jīng)此過程生成0.27m³氫氣，則甲烷的裂解率為18%（體積均在相同條件下測(cè)定）．
（3）已知：C_xH_y+H₂O→CO+CO₂+H₂（未配平）．工業(yè)上用甲烷、乙烷的混合氣體利用上述反應(yīng)生產(chǎn)氫氣，反應(yīng)后氣體經(jīng)干燥組成如下表所示：

組分	CO	CO2	H2
體積分?jǐn)?shù)	20%	5%	75%

計(jì)算原混合氣體中甲烷與乙烷的物質(zhì)的量之比．
（4）合成氨生產(chǎn)過程中，消耗氮?dú)浠旌蠚?000m³（其中CH₄的體積分?jǐn)?shù)為0.112%，下同），分離液氨后的氮?dú)浠旌蠚庵泻珻H₄ 2.8%．計(jì)算分離出液氨為多少噸（保留2位小數(shù)，所有體積均已折算至標(biāo)準(zhǔn)狀況）．

Answer 1

分析 （1）電解飽和食鹽水是生產(chǎn)H₂的方法之一，溶液質(zhì)量減輕就是氯化氫的質(zhì)量，所以n（H₂）=$\frac{n（HCl）}{2}$=$\frac{\frac{0.365g}{36.5g/mol}}{2}$=0.005mol，根據(jù)V=nVm，計(jì)算體積；
（2）由反應(yīng)方程式：2CH₄$\stackrel{高溫}{→}$3H₂+C₂H₂，生成0.27m³氫氣，則分解甲烷的物質(zhì)的量為：$\frac{0.27×2}{3}$=0.18m³；
（3）設(shè)出反應(yīng)產(chǎn)物的總體積及甲烷、乙烷的總體積，根據(jù)碳元素、氧元素、氫元素守恒分別列式計(jì)算，再根據(jù)相同條件下氣體的體積之比等于其物質(zhì)的量之比計(jì)算出原混合氣體中甲烷與乙烷的物質(zhì)的量之比；
（4）CH₄的體積分?jǐn)?shù)為0.112%，所以CH₄的體積為：2000m³×0.112%=2.24m³，則反應(yīng)后混合氣體的體積為：$\frac{2.24{m}^{3}}{2.8%}$=80m³，所以氣體體積減少量為：2000m³-80m³=1920m³，則氨氣的物質(zhì)的量為：$\frac{1920×1{0}^{3}L}{22.4L/mol}$×$\frac{1}{2}$=4.28×10⁴mol，所以質(zhì)量為：4.28×10⁴mol×17g/mol=0.728t，由此解答．

解答 解：（1）電解飽和食鹽水是生產(chǎn)H₂的方法之一，溶液質(zhì)量減輕就是氯化氫的質(zhì)量，所以n（H₂）=$\frac{n（HCl）}{2}$=$\frac{\frac{0.365g}{36.5g/mol}}{2}$=0.005mol，所以V=nVm═0.005mol×22.4L/mol=112ml，故答案為：112；      
（2）由反應(yīng)方程式：2CH₄$\stackrel{高溫}{→}$3H₂+C₂H₂，生成0.27m³氫氣，則分解甲烷的物質(zhì)的量為：$\frac{0.27×2}{3}$=0.18m³，甲烷的裂解率為$\frac{0.18{m}^{3}}{1{m}^{3}}×100%$=18%，故答案為：18；     
（3）設(shè)反應(yīng)后氣體總體積為V，甲烷的體積為x、乙烷的體積為y，
則含有CO體積而為0.2V，二氧化碳為0.05V，氫氣為0.75V，
根據(jù)碳元素守恒可得：①x+2y=0.2V+0.05V=0.25V，
根據(jù)氧元素守恒可知，參加反應(yīng)的水的物質(zhì)的量為：0.2V+0.05V×2=0.3V，根據(jù)H元素守恒，水分子中H生成氫氣體積為0.3V，則甲烷和乙烷分子中含有氫元素生成的氫氣體積為：0.75V-0.3V=0.45V，即：②$\frac{1}{2}$（4x+6y）=0.45V，
聯(lián)立①②解得：x=0.15V、y=0.05V，
相同條件下氣體體積之比等于其物質(zhì)的量之比，
所以原混合氣體中甲烷與乙烷的物質(zhì)的量之比為：0.15V：0.05V=3：1，
答：原混合氣體中甲烷與乙烷的物質(zhì)的量之比3：1；       
（4）CH₄的體積分?jǐn)?shù)為0.112%，所以CH₄的體積為：2000m³×0.112%=2.24m³，則反應(yīng)后混合氣體的體積為：$\frac{2.24{m}^{3}}{2.8%}$=80m³，所以氣體體積減少量為：2000m³-80m³=1920m³，則氨氣的物質(zhì)的量為：$\frac{1920×1{0}^{3}L}{22.4L/mol}$×$\frac{1}{2}$=4.28×10⁴mol，所以質(zhì)量為：4.28×10⁴mol×17g/mol=0.728t，答：分離出液氨為0.73t．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了混合物反應(yīng)的計(jì)算，題目難度中等，根據(jù)氧元素守恒計(jì)算出甲烷和乙烷分子中氫元素的量為解答關(guān)鍵，注意明確質(zhì)量守恒定律在化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用，試題側(cè)重考查學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計(jì)算能力．