Question

科學家致力于二氧化碳的“組合轉(zhuǎn)化”技術(shù)的研究，把過多二氧化碳轉(zhuǎn)化為有益于人類的物質(zhì)．
（1）如果將CO₂和H₂以1：4的比例混合，通入反應器，在適當?shù)臈l件下反應，可獲得一種重要的能源．請完成以下化學方程式：CO₂+4H₂→

CH₄

+2H₂O，若用CO₂和H₂可以人工合成C_nH_2n+2的烷烴，寫出該化學方程式并配平：

nCO₂+（3n+1）H₂→C_nH_2n+2+2nH₂O

（2）若將CO₂和H₂以1：3的比例混合，使之發(fā)生反應生成某種重要的化工原料和水，該原料可能是

B

A．烷烴    B．烯烴     C．炔烴      D．芳香烴
（3）已知在443～473K時，用鈷（Co）作催化劑可生成C₅～C₈的烷烴，這是人工合成汽油的方法之一．要達到該汽油的要求，CO₂和H₂的體積比的取值范圍是

5：16≤V（CO₂）：V（H₂）≤8：25

（4）甲、乙、丙三個化肥廠生產(chǎn)尿素所用的原料不同，但生產(chǎn)流程相同：原料

→CO→CO2 →H2→NH3

→CO(NH2)2
①尿素分子中的官能團有

-CO-、-NH₂

（用結(jié)構(gòu)簡式表示）
②甲廠以焦炭和水為原料；乙廠以天然氣和水為原料；丙廠以乙烯和水為原料．按工業(yè)有關(guān)規(guī)定，利用原料所制得的H₂和CO₂的物質(zhì)的量之比若最接近合成尿素的原料氣NH₃（換算成H₂的物質(zhì)的量）和CO₂的物質(zhì)的量之比，則對原料的利用率最高．據(jù)此可判斷甲、乙、丙三個工廠原料利用率最高的是

丙

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)質(zhì)量守恒定律的微觀解釋：化學反應前后原子的種類和數(shù)目不變．可知在化學反應方程式中，反應物和生成物中所含的原子的種類和數(shù)目相同．由此可推斷化學反應方程式中反應物或生成物的化學式；
由信息可知，CO₂和H₂可以人工合成C_nH_2n+2的烷烴，同時還有水生成，配平形成方程式．
（2）化學變化中，變化前后原子種類、個數(shù)不變；根據(jù)CO₂和H₂混合氣體發(fā)生反應的分子數(shù)比1：3及生成水的組成與分子構(gòu)成，結(jié)合選項所傳遞的關(guān)于化工原料由C、H元素組成的信息，推斷生成的化工原料的分子中C、H原子的個數(shù)比．
（3）達到該汽油的要求，CO₂和H₂的體積比的取值范圍是介于生成C₅～C₈的烷烴之間．
（4）根據(jù)尿素的結(jié)構(gòu)判斷官能團；
用原料所制得的H₂和CO₂的物質(zhì)的量之比若最接近合成尿素的原料氣NH₃（換算成H₂的物質(zhì)的量）和CO₂的物質(zhì)的量之比，原料的利用率最高．

解答：解：（1）根據(jù)質(zhì)量守恒定律的微觀解釋可以知道：反應前后的原子數(shù)目和種類應該相等，分析題給的化學反應方程式可以知道，反應前出現(xiàn)了2個O，1個C，8個H，反應后出現(xiàn)了2個O，4個H，所以在X中含有4個H和1個C．
CO₂和H₂可以人工合成C_nH_2n+2的烷烴，反應方程式為nCO₂+（3n+1）H₂→C_nH_2n+2+2nH₂O，
故答案為：CH₄； nCO₂+（3n+1）H₂→C_nH_2n+2+2nH₂O，
（2）由反應物CO₂和H₂混合在一定條件下以1：3（分子數(shù)比）比例發(fā)生反應，可判斷混合氣體中C、H原子個數(shù)比為1：6；又由于反應后生成水，即有H原子與O原子化合成水分子；而在四個選項中的物質(zhì)中都不含O元素，可判斷1個CO₂分子中的2個O原子應與4個H原子結(jié)合成2個水分子，即混合氣體中的1個C原子應與2個H原子化合成化工原料；通過以上分析，可得出化工原料中C、H原子個數(shù)比應為1：2；而在CH₄中C、H原子個數(shù)比為1：4，在C₂H₂中C、H原子個數(shù)比為1：1，在C₂H₄中C、H原子個數(shù)比為1：2，在C₂H₆中C、H原子個數(shù)比為1：3；
故答案為：B；
（3）由 （1）可知nCO₂+（3n+1）H₂→C_nH_2n+2+2nH₂O，當生成C₅H₁₂時，n：（3n+1）=5：16，
當生成C₈H₁₈時，n：（3n+1）=8：25．
故答案為：5：16≤V（CO₂）：V（H₂）≤8：25   
（4）①尿素分子的結(jié)構(gòu)為，所以分子中的官能團有-CO-、-NH₂．
故答案為：-CO-、-NH₂     
②NH₃（換算成H₂的物質(zhì)的量）和CO₂的物質(zhì)的量之比為2：1合成尿素，即H₂和CO₂的物質(zhì)的量之比為

2×3

2

：1=3：1．
甲廠以焦炭和水為原料，C+2H₂O

高溫  .

CO₂+2H₂，生成的H₂和CO₂的物質(zhì)的量之比為2：1．
乙廠以天然氣和水為原料，CH₄+2H₂O

高溫  .

CO₂+4H₂，生成的H₂和CO₂的物質(zhì)的量之比為2：1．
丙廠以乙烯和水為原料，C₂H₄+4H₂O

高溫  .

2CO₂+6H₂，生成的H₂和CO₂的物質(zhì)的量之比為3：1．
故答案為：丙

點評：本題考查學生利用化學反應方程式和質(zhì)量守恒定律來推斷物質(zhì)的化學式，守恒方法是解答本題的常用方法，學生應熟悉元素守恒、原子守恒來解答此類習題．