9 [2024 扬州高邮期中]某兴趣小组开展“家用燃料的变迁与合理使用”跨学科实践活动。
任务一:调查家用燃料变迁。
调查发现家用燃料变迁的大致历程为柴草→煤→液化石油气→天然气→……
【查阅资料】
① 煤直接燃烧时,产生氮、硫的氧化物(会形成酸雨)和粉尘。
② 1 kg 燃料完全燃烧时放出的热量如表所示。
(1) 天然气的主要成分为$\ce{CH_{4}}$,在空气中完全燃烧生成两种氧化物,该反应的化学方程式为
$\ce{CH_{4} + 2O_{2}\xlongequal{点燃}CO_{2} + 2H_{2}O}$
。
(2) 石油气能被压缩成液态储存在钢瓶中,请分析原因:
压缩过程中分子间的空隙减小
。
(3) 结合资料分析,家用燃料从煤变迁到天然气的优点:
天然气燃烧产生的污染物少(或天然气的热值高等合理答案均可)
(写一点)。
任务二:调查燃料合理使用。
(4) 某同学收集到以下几种调控燃烧的事例,请填写下表:
(5) “化学链燃烧”技术是能源领域研究的热点。基于$\ce{NiO-Ni}$载氧体的甲烷$(\ce{CH_{4}})$化学链燃烧技术示意如图:
① 加热条件下,空气反应器中发生反应的化学方程式为
$\ce{2Ni + O_{2}\xlongequal{\Delta}2NiO}$
。
② $\mathrm{X}$中主要物质的化学式为
$\ce{N_{2}}$
。
③ 甲烷在空气中完全燃烧的耗氧量
=
(填“$＞$”“$＜$”或“$=$”)甲烷通过该化学链燃烧的耗氧量。
④ “化学链燃烧”技术可避免空气直接与甲烷接触,与甲烷在空气中燃烧相比,该技术的优点是
有利于分离和回收较纯净的二氧化碳(合理答案均可)
。
解析：
【分析】
本题围绕家用燃料的变迁与合理使用展开，需结合化学方程式书写规则、分子的性质、燃料的优缺点、燃烧调控原理及化学链燃烧的反应逻辑逐一分析各小问：
1. 甲烷完全燃烧生成二氧化碳和水，根据反应物、生成物、反应条件及配平原则书写化学方程式；
2. 气体可压缩是因为分子间存在间隔，压缩时间隔减小；
3. 对比煤和天然气的燃烧产物及热值资料，分析家用燃料变迁的优点；
4. 调控燃烧使燃烧更充分，核心是增大燃料与氧气的接触面积；
5. 化学链燃烧中，空气反应器是Ni与O₂反应生成NiO，空气反应后剩余主要为N₂，甲烷完全燃烧耗氧量由自身量决定，两种方式完全燃烧耗氧量相等，该技术便于分离纯净CO₂。
【解析】
(1) 天然气主要成分为$\ce{CH_{4}}$，在空气中完全燃烧生成$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$，反应条件为点燃，配平后化学方程式为$\ce{CH_{4} + 2O_{2}\xlongequal{点燃}CO_{2} + 2H_{2}O}$；
(2) 石油气由分子构成，分子间存在间隔，压缩过程中分子间的空隙减小，因此能被压缩成液态储存在钢瓶中；
(3) 由资料可知，煤燃烧会产生氮、硫氧化物和粉尘（污染空气），而天然气燃烧产物为$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$，且热值更高，因此家用燃料从煤变迁到天然气的优点是天然气燃烧产生的污染物少（或天然气的热值高，合理即可）；
(4) 调控燃烧使燃烧更充分，常见事例为增大燃料与氧气（或空气）的接触面积；
(5) ① 空气反应器中，$\ce{Ni}$与$\ce{O_{2}}$在加热条件下反应生成$\ce{NiO}$，配平后化学方程式为$\ce{2Ni + O_{2}\xlongequal{\Delta}2NiO}$；② 空气主要成分为$\ce{N_{2}}$和$\ce{O_{2}}$，$\ce{O_{2}}$与$\ce{Ni}$反应后，$\mathrm{X}$中主要物质为$\ce{N_{2}}$；③ 甲烷完全燃烧的耗氧量由甲烷的量决定，两种燃烧方式均为完全燃烧，因此耗氧量相等；④ 该技术避免空气直接与甲烷接触，有利于分离和回收较纯净的二氧化碳（合理即可）。
【答案】
(1) $\ce{CH_{4} + 2O_{2}\xlongequal{点燃}CO_{2} + 2H_{2}O}$
(2) 压缩过程中分子间的空隙减小
(3) 天然气燃烧产生的污染物少（合理即可）
(4) 增大燃料与氧气（或空气）的接触面积
(5) ① $\ce{2Ni + O_{2}\xlongequal{\Delta}2NiO}$；② $\ce{N_{2}}$；③ $=$；④ 有利于分离和回收较纯净的二氧化碳（合理即可）
【知识点】
化学方程式书写、燃料的合理利用、分子的性质
【点评】
本题结合生活实际考查燃料相关知识，注重化学与生活的联系，需掌握基础化学用语、分子性质及燃料应用的核心知识点，整体难度适中。
【难度系数】
0.5
