随着人类对能源的需求量越来越大,煤、石油、天然气等不可再生的化石能源正面临枯竭．在巨大的能源和环境压力下,世界各国开始将目光聚焦到洁净的可再生能源的开发上．一种不仅能贡献能量,还能像煤炭和石油那样生产出千百种化工产品的绿色能源,正吸引越来越多的科学家的注意．它,便是古老而又新兴的生物质能源．
知能概述
实验室制法:锌＋硫酸(稀)
硫酸锌＋氢气
问题解决
例1 氢能源是一种清洁能源．从经济角度分析,开发氢气的最佳途径是( )．
C．裂解天然气 D．光解海水
(四川省竞赛题)
解题思路 氢气燃烧生成水同时放出大量热,产物对环境无污染,且氢气可以通过水的分解不断获取,是可再生能源．但水在1000℃时才能分解,电解水又要消耗大量的电能;用水煤气法或裂解天然气制取也要在高温下进行,均不符合经济、价廉的要求．
Zn＋H2SO4
ZnSO4＋H2↑
例2 通常把氢气与纯氧燃烧的火焰称为氢氧焰．氢氧焰的火焰可达到3000℃,在工业上常用于金属的焊接和切割．焊接是使金属接头熔化后融合在一起;切割是使金属变成氧化物后断裂．化学活动小组的同学在讨论如何控制氢氧焰来焊接和切割金属时,小明同学说:焊接时,应使氢气过量;小强同学说:切割时,应使氧气过量．
请判断小明、小强所说是否正确,并说明理由．
解题思路 氢气具有可燃性同时又具有还原性,焊接金属时,高温下金属易与空气中氧气反应,若氢气过量则可利用其还原性,作为焊接金属时的保护气,使金属在高温时不至氧化;而在切割金属时,利用氧气的氧化性,当氧气过量时使金属氧化而割裂．
例3 实验室用氢气还原氧化铜的实验有以下操作:①将试管固定在铁架台上;②将氧化铜装入试管中;③点燃酒精灯加热;④往试管底部通氢气;⑤撤酒精灯停止加热;⑥停止通氢气．若操作顺序不同,产生的后果也不同,将操作的顺序编号填在其可能产生的后果项下方．
A．②①④③⑤④⑥ B．②①③④⑤④⑥
C．②①④③⑥⑤ D．①②④③⑤④⑥
(甘肃省兰州市竞赛题)
解题思路 氢气的爆炸极限为4%～74．2%,即在空气中混入氢气的体积分数达到以上区间点火就会爆炸,所以在氢气还原氧化铜的实验操作中要特别注意,其操作要点是先通氢气再加热,而停止反应时,若先停止通氢气,生成的铜在高温时又会被氧化．
例4 某兴趣小组用右图所示装置收集并测量反应产生的气体及其体积．若用该装置制取氢气,通过分液漏斗中加入30mL稀盐酸,与平底烧瓶中盛放的0．65g锌粒充分反应(盐酸足量),已知该温度下氢气的密度为0．0892g/L,应能收集到________mL的氢气．3次实验收集到的氢气体积的平均值为242mL．你认为造成这种实验误差的主要原因是什么?_________________________________．
例4图
(全国复赛题)
反应时通入的氢气应先检验纯度；凡有气体参加或有气体生成的反应应先检查装置气密性,故在实际操作步骤中还应先检查装置气密性是否良好．
反应结束时,留在A中氢气的体积等于排出的空气体积,故对实验结果无影响．
提前预览:设生成H2质量为x
解题思路 实验依据的原理是A中锌粒与稀盐酸反应生成的氢气难溶于水,将B中的水压入C中,进入C中水的体积即为反应中产生的氢气的体积．实验所得氢气体积大于理论值,是因为A中加入稀盐酸后占有一定体积,造成收集的气体体积偏大．
例5 下图所示的装置可制取某些干燥的气体,下列实验能进行的是( )．
例5图
A．用锌跟稀硫酸反应制取氢气
C．加热氯酸钾和二氧化锰制氧气
D．用铜与稀盐酸制氢气
解题思路 该装置可用于固、液不需加热生成的气体密度大于空气的反应．发生装置中为分液漏斗,下端管口不须插入液面以下进行液封．ρ氢气＜ρ空气,不能用此法收集．
例6 (双选)用下图装置测定水中氢、氧元素的质量比,其方法是分别测定通氢气前后玻璃管(包括氧化铜)的质量差和U形管(包括碱石灰)的质量差,计算得氢元素和氧元素的质量比大于1∶8．下列对导致这一结果的原因的分析中合理的是( )．
例6图
铜的化学活动性没有氢强,不能与酸反应产生氢气．
A．Ⅰ,Ⅱ装置之间缺少干燥装置
B．Ⅲ装置干燥剂量不足,水没有被完全吸收
C．CuO没有全部被还原
D．Ⅱ装置中玻璃管内有水冷凝
(全国复赛题)
解题思路 反应前后,装置Ⅱ中玻璃管及其中固体的减少量为反应生成的水中氧元素的质量,而Ⅲ中U形管(含碱石灰)的增重量则为吸收反应中生成的水的质量,两者质量差为生成的水中氢元素的质量,若生成的氢气不干燥,将导致计算结果中氢元素质量增加;若装置Ⅱ中有水冷凝而留存,则导致计算结果中氧元素的质量减小．
1．用足量的氢气在加热条件下还原氧化铜,当完全反应后测得生成铜的质量为64g,则消耗氢气的质量( )．
A．大于2g B．等于2g
C．小于2g D．无法确定
(山东省竞赛题)
(山东省潍坊市中考题)
3．能保持氢气化学性质的微粒是( )．
A．2H B．H C．H＋ D．H2
(2019年青海省中考题)
4．实验室进行下列实验基本操作(或实验注意事项)中,主要是出于实验安全考虑的是( )．
B．制备CO2时先对装置进行气密性检查
C．滴管不能交叉使用
D．可燃性气体点燃前要验纯
(上海市竞赛题)
5．为测定气球内的气体成分,有学生用超薄材料制成的气球按图示装置进行实验．开始时气球浮于烧杯底部,打开开关后,过一会儿气球从烧杯底部慢慢下降．气球内可能的气体是( )．
A．①② B．③④ C．①④ D．②③
反应时先通氢气再加热,则通入氢气的质量大于实际反应的氢气质量．不用计算,只需分析．
氢气、甲烷为可燃性气体,燃烧后的气体产物为二氧化碳,同时有水生成．氮气通常不具有可燃性和助燃性,反应后仍有氮气存在．
凡可燃性气体如氢气点燃前均要验纯,否则可能会发生爆炸．
第5题图
第6题图
6．目前,科学家提出了一种经济而且理想的获得氢能源的循环体系(如图所示)．关于此循环体系,下列说法中错误的是( )．
B．该氢能源的循环体系能够实现太阳能转化为电能
C．在此循环中发生了反应:
D．目前化学家急需解决的问题是寻找合适的光照条件下分解水的催化剂
(山西省竞赛题)(www.xing528.com)
7．(双选)以下气体发生装置中,与启普发生器一样具有随开随停功能的是( )．
第7题图
(上海市竞赛题)
8．实验室用如图所示装置制取氢气并测量生成氢气的体积．下列有关说法正确的是( )．
第8题图
A．仪器a的名称为长颈漏斗 B．烧瓶中的物质一定是锌与稀硫酸
C．该收集方法为向下排空气法 D．该装置还可用于制取氧气
(2019年海南省中考题)
能有效地将反应物分离,就可使反应随开随停．
9．下图是实验室制取气体的常用装置．
第9题图1
(1)实验室用KMnO4制取O2应选用的一套实验装置为______(填字母代号);该反应的文字表达式为__________________．
(2)若用右图装置采用排水法收集H2,请简述操作步骤．
第9题图2
(河南省中考题)
10．按表中要求收集四瓶氢气和空气混合气,并做点火实验,结果列于表中．
(1)如何收集混合气[以V(H2)∶V(空气)＝2∶8为例]?
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
(2)由点火实验的结果可知,氢气在空气混合气中爆炸范围的上限在________%(体积,下同)到________%之间．
(3)为进一步精确探究爆炸范围的上限,请再收集三瓶混合气并做点火实验．写出具体的方案、结论:______________________________________________________________________________________________________．
(全国复赛题)
11．能源是当今社会发展的三大支柱之一,是制约国家经济发展的瓶颈．目前我国的能源结构主要是煤、石油、天然气、核能等,这些能源都是一次性不可再生且污染环境的能源,研究和开发清洁能源是未来发展的首要任务．科学家预测氢能将是未来最理想的新能源．
(1)当今社会发展的三大支柱除能源外,还包括__________和__________．
(2)认为氢能是未来最理想的新能源的理由是__________________________．
(3)氢气的制取常以石油、煤炭和天然气为原料．用水蒸气与炽热的木炭反应为:
．请写出由天然气制取氢气的文字表达式:______________________________________________________________________________________________________________________________．
并分析此类方法是不是理想的长久方法:________________________．
天然气的主要成分是甲烷(CH4)．
(4)有人提出一种最经济最理想的获得氢能源的循环体系,如图所示．这是一种最理想的氢能源循环体系,类似于绿色植物的__________________．太阳能和水储量丰富而且价格低廉,目前急需科学家研究的是_______________________________________________________________________．
第11题图
(湖北省竞赛题)
12．氢气是一种绿色能源,科学家们最近研制出利用太阳能产生激光,再利用激光使海水分解得到氢气的新技术,可用文字表达为:
气．下列说法不正确的是_________．
A．二氧化钛在反应中作氧化剂 B．水分解不产生污染
C．二氧化钛在反应中作催化剂 D．该技术可以将太阳能转化为氢能
化学反应中,含氧化合物失去氧的反应叫作________反应,这种物质叫作_________剂(填氧化/还原)．
13．氢气与氧气在一定条件下可以发生化学反应．根据所给信息,请回答下列问题:
第13题图
(1)纯净的氢气在空气中燃烧时产生淡蓝色火焰、放出热量、烧杯内壁凝结有_________,写出发生反应的化学方程式______________________．该化学变化是反应物的_________重新组合转变成生成物的过程．
(2)如图是实验室制取气体的常用装置,请回答下列问题:
写出图中标号仪器的名称:①________②________．
(1)中化学方程式也可写为文字表达式．
(3)实验室可用Zn粒与稀硫酸制取H2．应选用的气体发生装置是_________(填字母),该装置优点为___________________．若要收集干燥的H2,应将生成的H2依次通过F,D装置,F装置中盛放的液体是_________(填名称),选择D装置收集H2的原因是_________(填H2的物理性质)．
(2019年辽宁省沈阳市中考题)
14．已知在相同温度下,气体分子的运动速度与分子的相对分子质量有关,分子的相对分子质量越大,则其运动速度越小．图中容器A是一种特制的有底的素烧瓷筒,它的壁可以通过氢气分子．实验开始时,A中和烧杯中都充满空气．当向烧杯中持续通入氢气时,导管B处发生的现象是________________________,产生这种现象的原因是___________．
第14题图
(全国复赛题)
15．利用氢气还原氧化铜实验测定水的组成．
第15题图
(1)实验中,用锌粒和稀硫酸反应制取氢气:
a．检验了H2的纯度后,应先通一段时间氢气,再加热氧化铜进行反应,其主要目的是_______________________________________________．
b．跟氧化铜反应前,应将制取的H2通过如图C所示的装置,其中所盛试剂是_________．
(2)实验中,某次测定数据如下表所示:
根据数据计算生成的水中氧氢元素的质量比(要有计算式)______．
(3)下列情况下,对实验结果一定没有影响的是( )．
①对氧化铜而言,H2是过量的
②氧化铜粉末中含有不与H2反应的杂质
③反应中部分氧化铜变成Cu2O
④干燥剂氯化钙有部分失效
⑤用氢氧化钠固体代替氯化钙作干燥剂
例1 D 例2 都正确．切割时,氧气过量,可使断裂处的金属氧化变成金属氧化物而被除去；焊接时,氢气过量,可保证金属接头在高温条件下不被氧化．
例3 B C D A
例4 224 加入的酸液“置换出”了平底烧瓶中的空气,造成收集的气体体积偏大
例5 B 例6 AD
1．A 2．A 3．D 4．D 5．C 6．C 7．AB 8．D
9．(1)AD(或AE) 
(2)集气瓶中注满水,插入带导管的橡皮塞,向导气管a通入H2,直至排尽集气瓶中的水．
10．(1)集气瓶中盛20%(其容积)的水,盖上玻璃片,倒置放入水槽中．移去玻璃片,用排水集气法收集H2至满,在水下盖上玻璃片,从水中取出倒置放在桌面上． (2)60 80 (3)①按优选法(取中值,氢气占0．7,下同)收集．点火实验,若发生爆炸,在0．7～0．8中优选继续；若不爆炸,在0．6～0．7中优选继续；…… ②按0．65,0．70,0．75收集实验．发生爆炸的上限为:发生爆炸的最大值～(发生爆炸的最大值＋0．05)．
11．(1)材料 信息 (2)用水作原料资源丰富,燃烧产物是水,无污染,发热量高 (3)
氧化碳＋氢气 不是,天然气是化石燃料,不可再生,且该反应需要消耗很高的能量 (4)光合作用 寻找合适的光分解催化剂
12．A 还原 氧化
13．(1)水雾 
原子 (2)试管 长颈漏斗 (3)B 能够控制反应的发生与停止浓硫酸 氢气的密度比空气小
14．有水喷出 氢气分子的相对分子质量比较小,运动速度快,一定时间内进入A的氢气分子数目比从A中逸出的空气分子数目多,使A和瓶中的压强大于大气压强,故有水从B中喷出
15．(1)赶走试管内空气,防止加热时发生爆炸 浓硫酸 (2)(65．6g－59．2g)∶[(108．0g－100．8g)－(65．6g－59．2g)]＝8∶1 (3)①②③
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