Question

【題目】目前工業上氫氣的大規模生產多采用甲烷的重整，即甲烷與水蒸氣經高溫催化反應生成氫氣和一氧化碳。某化學興趣小組為檢驗反應后的混合氣體(以下簡稱合成氣")中是否含有氫氣和一氧化碳、同時檢驗“合成氣”中是否含有未反應完的甲烷和水蒸氣，進行了如下圖所示的實驗。(假設每步均反應完全)

(査閱資料知，氧化鐵與氫氣在高溫條件下反應生成鐵和水；氧化鐵與甲烷在高溫條件下反應生成鐵、二氧化碳和水)

(1)請寫出一氧化碳與氧化鐵在高溫條件下反應的化學方程式_____；

(2)實驗開始前要先通一會“合成氣”，然后再點燃B處的酒精噴燈，目的是_____；

(3)裝置E的作用是_____；

(4)裝置C和D的連接順序顛倒，會影響實驗操作，原因是_____。

(5)實驗結束后，測得裝置ACD的質量均増加，其中裝置C増加了2.7g，裝置D増加了2.2g.則可推斷出該“合成氣”的組成物質為_____(寫化學式)

Answer 1

【答案】3CO+Fe2O32Fe+3CO2 排出裝置內空氣，防止H2，CO不純而爆炸 進行尾氣處理，防止污染 無法確定生成水蒸氣的質量 H2O；CO；H2

【解析】

流程甲烷和水加入到催化反應室里，甲烷與水蒸氣經高溫催化反應生成氫氣和一氧化碳，探究是否有一氧化碳和氫氣，先將合成氣通過濃硫酸干燥，再通入到高溫的氧化鐵中，氫氣和一氧化碳都具有還原性，都會和氧化鐵反應生成銅單質，氫氣會生成水，一氧化碳生成二氧化碳，先用濃硫酸來吸收水，再用氫氧化鈉吸收二氧化碳，最后將剩余氣體收集。

(1)一氧化碳與氧化鐵在高溫條件下反應生成鐵和二氧化碳，化學方程式為：3CO+Fe2O32Fe+3CO2

(2)因為可燃性氣體和氧氣在密閉的條件下點燃會發生爆炸，實驗開始前要先通一會“合成氣”，然后再點燃B處的酒精噴燈，目的是：排出裝置內空氣，防止H2，CO不純而爆炸；故填：排出裝置內空氣，防止H2，CO不純而爆炸

(3)實驗完畢后把尾氣收集了，故裝置E的作用是：進行尾氣處理，防止污染。

(4)裝置C是吸收水，然后稱重看是否有水生成，D裝置是吸收二氧化碳，若裝置稱重時變重了，可以證明有二氧化碳生成，若C和D的連接順序顛倒，會影響實驗操作，原因是氣體先通入溶液里面，氣體從溶液里出來肯定會帶有水分，無法確定原來是否生成有水，更無法確定生成水蒸氣的質量。

(5)實驗結束后，測得裝置ACD的質量均増加，A裝置吸收了水分，故合成氣中有水，根據定量計算：CH4+H2OCO+3H2 可知若合成氣中碳和氫元素的質量比為2:1時，則證明無甲烷氣體，若不為2:1則有甲烷氣體；其中裝置C増加了2.7g水，其中氫元素質量為：

；裝置D増加了2.2g，其中碳元素的質量為：。符合碳：氫=2:1，可推斷出該“合成氣”的組成物質為：H2O；CO；H2；故填：H2O；CO；H2