Question

7．據報道，已探明蘊藏量豐富的東海天然氣，將于今年年底開采并輸入我省，紹興市是首批受益的城市之一．已知天然氣的主要成分是甲烷（CH₄），通常情況下，CH₄是一種無色、無味、難溶于水、密度比空氣小的氣體．請回答下列問題：
（1）CH₄由兩種元素組成，每個CH₄分子中共有10個質子．
（2）CH₄作為一種優質燃料，在空氣中完全燃燒的化學方程式為：CH₄+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂+2H₂O．
（3）假如采用如圖所示裝置收集CH₄氣體，則氣體入口為b（填“a”或“b”），理由是CH₄密度比空氣小．
（4）CH₄另一種重要用途是高溫分解制取炭黑（CH₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ C+2H₂）．若要制取1噸炭黑（C），理論上需標準狀況下含CH₄ 90%的天然氣多少立方米？（已知標準狀況下天然氣的密度約為0.72千克/米³，假如雜質氣體不參與反應）

Answer 1

分析 （1）根據甲烷的化學式進行解答；
（2）根據甲烷反應條件及質量守恒定律書寫甲烷燃燒的化學方程式；
（3）根據甲烷的密度小于空氣進行分析解答；
（4）根據反應的化學方程式結合題干提供的物質的質量進行分析解答即可．

解答 解：（1）甲烷的化學式為CH₄，可知甲烷由碳、氫兩種元素組成；每個CH₄分子由1個碳原子、4個氫原子構成的，則一個分子中共含有5個原子；1個碳原子中含有6個質子，1個氫原子中含有1個質子，則每個CH₄分子中共有6×1+1×4=10個質子．
（2）甲烷在空氣中完全燃燒生成二氧化碳和水，其化學方程式為：CH₄+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂+2H₂O；
（3）用洗氣瓶來收集甲烷時，因甲烷的密度比空氣密度小，所以甲烷氣體應從短管進入，把空氣從長管排出．
（4）設需要天然氣的質量為x
CH₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$C+2H₂
16       12
x        1t
$\frac{16}{12}$=$\frac{x}{1t}$   x≈1.333t=1333kg
理論上需標準狀況下含CH₄ 90%的天然氣的體積為：1333kg÷90%÷0.72kg/m³≈2057m³
答：理論上需標準狀況下含CH₄ 90%的天然氣2057立方米．
故答案為：（1）兩；10；（2）CH₄+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂+2H₂O；（3）b；CH₄密度比空氣小；（4）2057．

點評 本題難度不大，考查同學們結合新信息、靈活運用化學式的含義與有關計算進行分析問題、解決問題的能力．