Question

【题目】目前工业上氢气的大规模生产多采用甲烷的重整，即甲烷与水蒸气经高温催化反应生成氢气和一氧化碳。某化学兴趣小组为检验反应后的混合气体(以下简称合成气")中是否含有氢气和一氧化碳、同时检验“合成气”中是否含有未反应完的甲烷和水蒸气，进行了如下图所示的实验。(假设每步均反应完全)

(査阅资料知，氧化铁与氢气在高温条件下反应生成铁和水；氧化铁与甲烷在高温条件下反应生成铁、二氧化碳和水)

(1)请写出一氧化碳与氧化铁在高温条件下反应的化学方程式_____；

(2)实验开始前要先通一会“合成气”，然后再点燃B处的酒精喷灯，目的是_____；

(3)装置E的作用是_____；

(4)装置C和D的连接顺序颠倒，会影响实验操作，原因是_____。

(5)实验结束后，测得装置ACD的质量均増加，其中装置C増加了2.7g，装置D増加了2.2g.则可推断出该“合成气”的组成物质为_____(写化学式)

Answer 1

【答案】3CO+Fe2O32Fe+3CO2 排出装置内空气，防止H2，CO不纯而爆炸 进行尾气处理，防止污染 无法确定生成水蒸气的质量 H2O；CO；H2

【解析】

流程甲烷和水加入到催化反应室里，甲烷与水蒸气经高温催化反应生成氢气和一氧化碳，探究是否有一氧化碳和氢气，先将合成气通过浓硫酸干燥，再通入到高温的氧化铁中，氢气和一氧化碳都具有还原性，都会和氧化铁反应生成铜单质，氢气会生成水，一氧化碳生成二氧化碳，先用浓硫酸来吸收水，再用氢氧化钠吸收二氧化碳，最后将剩余气体收集。

(1)一氧化碳与氧化铁在高温条件下反应生成铁和二氧化碳，化学方程式为：3CO+Fe2O32Fe+3CO2

(2)因为可燃性气体和氧气在密闭的条件下点燃会发生爆炸，实验开始前要先通一会“合成气”，然后再点燃B处的酒精喷灯，目的是：排出装置内空气，防止H2，CO不纯而爆炸；故填：排出装置内空气，防止H2，CO不纯而爆炸

(3)实验完毕后把尾气收集了，故装置E的作用是：进行尾气处理，防止污染。

(4)装置C是吸收水，然后称重看是否有水生成，D装置是吸收二氧化碳，若装置称重时变重了，可以证明有二氧化碳生成，若C和D的连接顺序颠倒，会影响实验操作，原因是气体先通入溶液里面，气体从溶液里出来肯定会带有水分，无法确定原来是否生成有水，更无法确定生成水蒸气的质量。

(5)实验结束后，测得装置ACD的质量均増加，A装置吸收了水分，故合成气中有水，根据定量计算：CH4+H2OCO+3H2 可知若合成气中碳和氢元素的质量比为2:1时，则证明无甲烷气体，若不为2:1则有甲烷气体；其中装置C増加了2.7g水，其中氢元素质量为：

；装置D増加了2.2g，其中碳元素的质量为：。符合碳：氢=2:1，可推断出该“合成气”的组成物质为：H2O；CO；H2；故填：H2O；CO；H2