4 [2025 常州模拟]能源是人类进行生产的原动力。
Ⅰ.能源革命。
(1)古代,原始人类通过“钻木取火”,迈进了植物能源时代,钻木取火中“钻木”过程相当于满足燃烧条件中的
使温度达到可燃物的着火点
。
(2) 18 世纪,化石能源逐渐取代植物能源。可燃冰是天然气水合物(可用$\ce{CH_{4}· 8H_{2}O}$表示),被誉为“21 世纪能源”。$\ce{CH_{4}· 8H_{2}O}$中 C、H 原子个数比为
1:20
。
(3)当前是新能源和可再生能源的革命。氢气的开发与储存是目前研究的热点。天然气催化重整制氢涉及的反应原理如图甲,整个转化中甲烷和氢气的质量比为
8:3
(填最简整数比)。
Ⅱ.能源与环境。
天然气中含有少量$\ce{H_{2}S}$,为减少对环境的影响,在使用之前必须对天然气进行脱硫处理,图乙、图丙分别为光电催化法和活性炭吸附氧化法的脱硫示意图。
(4)光电催化法的总反应的化学方程式为
$\ce{2H_{2}S + 2O_{2}\xlongequal{催化剂}S_{2} + 2H_{2}O_{2}}$
。
(5)表面喷淋水的活性炭可用于吸收$\ce{H_{2}S}$,其他条件不变时,若水膜过厚,$\ce{H_{2}S}$的吸收率减小的原因是
水膜过厚,与活性炭接触的氧分子减少,导致氧原子减少
。
解析：
【分析】
本题围绕能源相关知识展开，分为能源革命和能源与环境两部分。(1)钻木取火通过摩擦生热使温度达到可燃物着火点，对应燃烧条件的分析；(2)直接数出$\ce{CH_{4}·8H_{2}O}$中C、H原子个数即可得比例；(3)分析图甲中循环物质$\ce{NiFe_{2}O_{4}}$为催化剂，推导总反应后计算质量比；(4)结合图乙中反应物和生成物，根据原子守恒配平总反应方程式；(5)从活性炭吸附的接触条件分析水膜过厚的影响。
【解析】
(1)燃烧需要可燃物、与氧气接触、温度达到可燃物着火点三个条件，钻木取火时，钻木摩擦生热，使木材温度升高至其着火点，满足的燃烧条件是使温度达到可燃物的着火点。
(2)在$\ce{CH_{4}·8H_{2}O}$中，C原子个数为1，H原子个数为$\ce{CH_{4}}$的4个加上8个$\ce{H_{2}O}$的$8×2=16$个，共20个，故C、H原子个数比为$1:20$。
(3)图甲中$\ce{NiFe_{2}O_{4}}$反应前后循环，为催化剂，总反应为$\ce{CH_{4} + H_{2}O\xlongequal{一定条件}CO + 3H_{2}}$，$\ce{CH_{4}}$的相对分子质量为16，生成$\ce{H_{2}}$的总质量为$3×2=6$，故甲烷和氢气的质量比为$16:6=8:3$。
(4)根据图乙，$\ce{H_{2}S}$在催化剂下转化为$\ce{S_{2}}$，$\ce{O_{2}}$转化为$\ce{H_{2}O_{2}}$，结合原子守恒配平，总反应为$\ce{2H_{2}S + 2O_{2}\xlongequal{催化剂}S_{2} + 2H_{2}O_{2}}$。
(5)活性炭脱硫需要$\ce{H_{2}S}$、$\ce{O_{2}}$接触活性炭反应，若水膜过厚，会阻碍氧分子与活性炭接触，导致参与反应的氧分子减少，$\ce{H_{2}S}$吸收率减小。
【答案】
(1)使温度达到可燃物的着火点
(2)$1:20$
(3)$8:3$
(4)$\ce{2H_{2}S + 2O_{2}\xlongequal{催化剂}S_{2} + 2H_{2}O_{2}}$
(5)水膜过厚，与活性炭接触的氧分子减少，导致氧原子减少
【知识点】
燃烧条件、化学式计算、化学方程式书写、能源与环境
【点评】
本题结合能源实际问题，考查基础化学知识的应用，需结合图示信息分析，整体难度适中，侧重知识的理解与运用。
【难度系数】
0.5
