Question

【題目】生態(tài)農業(yè)涉及農家肥料的綜合利用。某種肥料經發(fā)酵得到一種含有甲烷、二氧化碳、氮氣的混合氣體8.96L（標準狀況）。該氣體通過盛有紅色CuO粉末的硬質玻璃管，發(fā)生的反應為：CH4+4CuO CO2↑+2H2O↑+4Cu。當甲烷完全反應后，硬質玻璃管的質量減輕了4.8g。將反應后氣體通入2L0.lmol/L的澄清Ca(OH）2溶液，充分吸收，生成沉淀10g。求：

（1）原混合氣體中甲烷的體積（標準狀況）(寫出計算過程）

（2）反應后的氣體中CO2的物質的量可能為___________

（3）原混合氣體中氮氣的體積為__________。

Answer 1

【答案】（1）1.68L；（2）0.1mol；0.3mol（3）2.24L或6.72L。

【解析】

試題分析：玻璃管內減少的質量是CuO中氧元素的質量，所以n(CuO） = 4.8g ÷ 16 g/mol = 0.3mol，則根據方程式可知n(CH4） = 1/4n(CuO） = 1/4 × 0.3mol = 0.075mol,其體積是V(CH4）=0.075mol×22.4L/mol=1.68L；發(fā)生該反應產生的CO2的物質的量與甲烷的物質的量相等，也是0.075mol，將反應后氣體通入2L0.lmol/L的澄清Ca(OH）2溶液，充分吸收，生成沉淀10g。n[Ca(OH）2]= 2L×0.lmol/L=0.2mol，反應產生的CaCO3的物質的量是n(CaCO3）=10g÷100g/mol=0.1mol<0.2mol，可能是石灰水過量，二氧化碳不足量，則n(CO2）= n(CaCO3）=0.1mol；也可能是CO2過量，將Ca(OH）2完全發(fā)生反應：Ca(OH）2+ CO2=CaCO3↓+H2O，消耗CO20.2mol，產生CaCO30.2mol，然后又發(fā)生反應：CaCO3+ CO2+H2O =Ca(HCO3）2，由于最后CaCO3的物質的量是0.1mol，所以發(fā)生上述反應消耗CO2的物質的量是0.1mol，則反應后CO2氣體的物質的量也可能是0.2mol+0.1mol=0.3mol；（3）若二氧化碳全部轉化為CaCO3，生成10g沉淀是CaCO3，碳酸鈣的物質的量為：10g÷100g/mol=0.1mol，故反應后的二氧化碳總的物質的量為0.1mol，甲烷反應生成的二氧化碳的物質的量為0.075mol，故原混合氣體中二氧化碳的物質的量為0.1mol-0.075mol = 0.025mol，原混合物中CO2的體積為0.025mol×22.4L/mol=0.56L，故原混合氣體中氮氣的體積為：8.96L-1.68L-0.56L=6.72L；若二氧化碳部分轉化為CaCO3，生成10g沉淀是CaCO3，物質的量為0.1mol，根據鈣離子守恒可知轉化生成的Ca（HCO3）2的物質的量為：2L×0.1mol/L-0.1mol=0.1mol，故反應后的二氧化碳總的物質的量為0.1mol+0.1mol×2=0.3mol，甲烷反應生成的二氧化碳的物質的量為0.075 mol，故原混合氣體中二氧化碳的物質的量0.3mol-0.075mol=0.225mol，原混合物中CO2的體積為0.225mol×22.4L/mol=5.04L，故原混合氣體中氮氣的體積為：8.96L-1.68L-5.04L=2.24L。