Question

1．氢气是化工行业重要原料之一．
（1）电解饱和食盐水是生产H₂的方法之一．常温下，电解250mL饱和食盐水一段时间后，溶液质量减轻0.365g（假设气体全部逸出）．生成的氢气在标准状况下的体积为112mL．
（2）在电弧炉中，甲烷裂解产生乙炔和氢气，若1m³甲烷经此过程生成0.27m³氢气，则甲烷的裂解率为18%（体积均在相同条件下测定）．
（3）已知：C_xH_y+H₂O→CO+CO₂+H₂（未配平）．工业上用甲烷、乙烷的混合气体利用上述反应生产氢气，反应后气体经干燥组成如下表所示：

组分	CO	CO2	H2
体积分数	20%	5%	75%

计算原混合气体中甲烷与乙烷的物质的量之比．
（4）合成氨生产过程中，消耗氮氢混合气2000m³（其中CH₄的体积分数为0.112%，下同），分离液氨后的氮氢混合气中含CH₄ 2.8%．计算分离出液氨为多少吨（保留2位小数，所有体积均已折算至标准状况）．

Answer 1

分析 （1）电解饱和食盐水是生产H₂的方法之一，溶液质量减轻就是氯化氢的质量，所以n（H₂）=$\frac{n（HCl）}{2}$=$\frac{\frac{0.365g}{36.5g/mol}}{2}$=0.005mol，根据V=nVm，计算体积；
（2）由反应方程式：2CH₄$\stackrel{高温}{→}$3H₂+C₂H₂，生成0.27m³氢气，则分解甲烷的物质的量为：$\frac{0.27×2}{3}$=0.18m³；
（3）设出反应产物的总体积及甲烷、乙烷的总体积，根据碳元素、氧元素、氢元素守恒分别列式计算，再根据相同条件下气体的体积之比等于其物质的量之比计算出原混合气体中甲烷与乙烷的物质的量之比；
（4）CH₄的体积分数为0.112%，所以CH₄的体积为：2000m³×0.112%=2.24m³，则反应后混合气体的体积为：$\frac{2.24{m}^{3}}{2.8%}$=80m³，所以气体体积减少量为：2000m³-80m³=1920m³，则氨气的物质的量为：$\frac{1920×1{0}^{3}L}{22.4L/mol}$×$\frac{1}{2}$=4.28×10⁴mol，所以质量为：4.28×10⁴mol×17g/mol=0.728t，由此解答．

解答 解：（1）电解饱和食盐水是生产H₂的方法之一，溶液质量减轻就是氯化氢的质量，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，故答案为：112；      
（2）由反应方程式：2CH₄$\stackrel{高温}{→}$3H₂+C₂H₂，生成0.27m³氢气，则分解甲烷的物质的量为：$\frac{0.27×2}{3}$=0.18m³，甲烷的裂解率为$\frac{0.18{m}^{3}}{1{m}^{3}}×100%$=18%，故答案为：18；     
（3）设反应后气体总体积为V，甲烷的体积为x、乙烷的体积为y，
则含有CO体积而为0.2V，二氧化碳为0.05V，氢气为0.75V，
根据碳元素守恒可得：①x+2y=0.2V+0.05V=0.25V，
根据氧元素守恒可知，参加反应的水的物质的量为：0.2V+0.05V×2=0.3V，根据H元素守恒，水分子中H生成氢气体积为0.3V，则甲烷和乙烷分子中含有氢元素生成的氢气体积为：0.75V-0.3V=0.45V，即：②$\frac{1}{2}$（4x+6y）=0.45V，
联立①②解得：x=0.15V、y=0.05V，
相同条件下气体体积之比等于其物质的量之比，
所以原混合气体中甲烷与乙烷的物质的量之比为：0.15V：0.05V=3：1，
答：原混合气体中甲烷与乙烷的物质的量之比3：1；       
（4）CH₄的体积分数为0.112%，所以CH₄的体积为：2000m³×0.112%=2.24m³，则反应后混合气体的体积为：$\frac{2.24{m}^{3}}{2.8%}$=80m³，所以气体体积减少量为：2000m³-80m³=1920m³，则氨气的物质的量为：$\frac{1920×1{0}^{3}L}{22.4L/mol}$×$\frac{1}{2}$=4.28×10⁴mol，所以质量为：4.28×10⁴mol×17g/mol=0.728t，答：分离出液氨为0.73t．

点评 本题考查了混合物反应的计算，题目难度中等，根据氧元素守恒计算出甲烷和乙烷分子中氢元素的量为解答关键，注意明确质量守恒定律在化学计算中的应用，试题侧重考查学生的分析、理解能力及化学计算能力．