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飽和食鹽水一段時間后，溶液質量減輕0.365g（假設氣體全部逸出）．生成的氫氣在標準狀況下的體積為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生產(chǎn)氫氣，反應后氣體經(jīng)干燥組成如下表所示：

組分	CO	CO2	H2
體積分數(shù)	20%	5%	75%

計算原混合氣體中甲烷與乙烷的物質的量之比．
（4）合成氨生產(chǎn)過程中，消耗氮氫混合氣2000m³（其中CH₄的體積分數(shù)為0.112%，下同），分離液氨后的氮氫混合氣中含CH₄ 2.8%．計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準狀況）．

Answer 1

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

點評 本題考查了混合物反應的計算，題目難度中等，根據(jù)氧元素守恒計算出甲烷和乙烷分子中氫元素的量為解答關鍵，注意明確質量守恒定律在化學計算中的應用，試題側重考查學生的分析、理解能力及化學計算能力．