Question

8．一碳化學是以分子中只含有一個碳原子的化合物（如CO、CH₄等）為原料合成一系列化工原料和燃料的化學．如圖為一碳化學的一種簡易流程，回答下列問題：

（1）①利用高爐尾氣中的水蒸氣與甲烷催化重整得到合成氣，化學方程式為CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;催化重整\;}}{\;}$CO+3H₂．
②二甲醚（CH₃OCH₃）可由合成氣（CO和H₂）在一定的條件下制的．用合成氣制二甲醚時，還產生了一種可參與大氣循環的、常溫為液態的氧化物，寫出該反應的化學方程式：2CO+4H₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$CH₃OCH₃+H₂O．
（2）課外小組的同學從上述流程中收集到一瓶“合成氣”，用下圖所示裝置進行研究（已知高溫條件下，甲烷和氧化鐵反應生成CO₂和H₂O，3H₂+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3H₂O+2Fe），以確定“合成氣”成分．
①C中一氧化碳與氧化鐵反應的化學方程式為3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
②B裝置中盛有足量的氫氧化鈉顆粒，其作用是吸收水分，除去二氧化碳．
③實驗測量D和E的質量反應后分別增加9.0g和8.8g，推測原混合氣體的組成為（假設混合氣在C裝置中反應完全）C（填字母）．
A．CO、H₂、CO₂；   B．CO、H₂、CH₄；   C．CO、H₂、CH₄、CO₂；   D．CO₂、H₂、CH₄．

Answer 1

分析 （1）根據反應物、生成物、反應條件及其質量守恒定律可以書寫反應的化學方程式；
（2）高溫條件下，一氧化碳和氧化鐵反應生成鐵和二氧化碳；
二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁；
氫氧化鈉固體能夠吸收水蒸氣和二氧化碳．

解答 解：（1）①水蒸氣與甲烷催化重整能夠得到一氧化碳和氫氣，反應的化學方程式為：CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;催化重整\;}}{\;}$CO+3H₂．
故填：CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;催化重整\;}}{\;}$CO+3H₂．
②可參與大氣循環的、常溫為液態的氧化物是水，因此一定條件下一氧化碳和氫氣反應生成二甲醚和水，反應的化學方程式為：2CO+4H₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$CH₃OCH₃+H₂O．
故填：2CO+4H₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$CH₃OCH₃+H₂O．
（2）①C中一氧化碳與氧化鐵反應生成鐵和二氧化碳，反應的化學方程式為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
故填：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
②B裝置中盛有足量的氫氧化鈉顆粒，其作用是吸收水分，除去二氧化碳．
故填：吸收水分，除去二氧化碳．
③實驗測量D和E的質量反應后分別增加9.0g和8.8g，說明反應生成了9.0g水和8.8g二氧化碳，
設甲烷和水反應生成氫氣的質量為x，
3H₂+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3H₂O+2Fe，
6                       54
x                      9.0g
$\frac{6}{x}$=$\frac{54}{9.0g}$，
x=1g，
設甲烷和水反應生成一氧化碳的質量為y，
CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;催化重整\;}}{\;}$CO+3H₂，
                           28     6
                            y     1g
$\frac{28}{y}$=$\frac{6}{1g}$，
y=4.7g，
設4.7g一氧化碳和氧化鐵反應生成的二氧化碳質量為z，
3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，
84                             132
4.7g                           z
$\frac{84}{4.7g}$=$\frac{132}{z}$，
z=7.4g，
因為7.4g＜8.8g，因此生成的二氧化碳中一部分來自于甲烷和氧化鐵反應，因此原混合氣體的組成為CO、H₂、CH₄、CO₂．
故選：C．

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．