Question

8．生態(tài)農(nóng)業(yè)涉及農(nóng)家肥料的綜合利用．某種肥料經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)狀況）．該氣體通過盛有紅色CuO粉末的硬質(zhì)玻璃管，發(fā)生的反應(yīng)為：CH₄+4CuO $\stackrel{△}{→}$CO₂↑+2H₂O↑+4Cu．當(dāng)甲烷完全反應(yīng)后，硬質(zhì)玻璃管的質(zhì)量減輕了4.8g．將反應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)狀況）《寫出計算過程）
（2）反應(yīng)后的氣體中CO₂的物質(zhì)的量可能為0.1mol或0.3mol
（3）原混合氣體中氮氣的體積為2.24L或6.72L．

Answer 1

分析 （1）發(fā)生的反應(yīng)為：CH₄+4CuO=CO₂↑+2H₂O↑+4Cu，當(dāng)甲烷完全反應(yīng)后，硬質(zhì)玻璃管的質(zhì)量減輕4.8g，可知減少的質(zhì)量為氧元素的質(zhì)量，利用差量法計算甲烷的物質(zhì)的量，根據(jù)V=nVm計算甲烷的體積；
（2）若二氧化碳全部轉(zhuǎn)化為CaCO₃，生成10g沉淀是CaCO₃，根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算碳酸鈣的物質(zhì)的量，可知反應(yīng)后的二氧化碳總的物質(zhì)的量；若二氧化碳部分轉(zhuǎn)化為CaCO₃，生成10g沉淀是CaCO₃，根據(jù)鈣離子守恒可知轉(zhuǎn)化生成的Ca（HCO₃）₂的物質(zhì)的量，再根據(jù)碳元素守恒計算反應(yīng)后的二氧化碳總的物質(zhì)的量；
（3）若二氧化碳全部轉(zhuǎn)化為CaCO₃，生成10g沉淀是CaCO₃，根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算碳酸鈣的物質(zhì)的量，可知反應(yīng)后的二氧化碳總的物質(zhì)的量，根據(jù)甲烷的物質(zhì)的量計算反應(yīng)生成的二氧化碳的物質(zhì)的量，進而計算原混合氣體中二氧化碳的物質(zhì)的量，再計算原混合物中CO₂的體積，進而計算氮氣的體積；
若二氧化碳部分轉(zhuǎn)化為CaCO₃，生成10g沉淀是CaCO₃，根據(jù)鈣離子守恒可知轉(zhuǎn)化生成的Ca（HCO₃）₂的物質(zhì)的量，再根據(jù)碳元素守恒計算反應(yīng)后的二氧化碳總的物質(zhì)的量，減去反應(yīng)生成的二氧化碳的物質(zhì)的量即為原混合氣體中二氧化碳的物質(zhì)的量，計算二氧化碳體積，進而計算氮氣的體積．

解答 解：（1）設(shè)甲烷的物質(zhì)的量為x，當(dāng)甲烷完全反應(yīng)后，硬質(zhì)玻璃管的質(zhì)量減輕4.8g，則：
CH₄+4CuO=CO₂+2H₂O+4Cu 質(zhì)量減輕△m
1mol                                                16×4g
x                                                       4.8g，
解得：x=$\frac{4.8g×1mol}{64g}$=0.075mol，
原混合氣體中甲烷的物質(zhì)的量為0.075mol，標(biāo)況下的體積為：0.075mol×22.4L/mol=1.68L，
答：CH₄+4CuO=CO₂+2H₂O+4Cu 質(zhì)量減輕△m
1mol 16×4g
x 4.8g，
解得：x=$\frac{4.8g×1mol}{64g}$=0.075mol，
原混合氣體中甲烷的物質(zhì)的量為0.075mol，標(biāo)況下的體積為：0.075mol×22.4L/mol=1.68L；
（2）若二氧化碳全部轉(zhuǎn)化為CaCO₃，生成10g沉淀是CaCO₃，碳酸鈣的物質(zhì)的量為：$\frac{10g}{100g/mol}$=0.1mol，故反應(yīng)后的二氧化碳總的物質(zhì)的量為0.1mol；若二氧化碳部分轉(zhuǎn)化為CaCO₃，生成10g沉淀是CaCO₃，物質(zhì)的量為0.1mol，根據(jù)鈣離子守恒可知轉(zhuǎn)化生成的Ca（HCO₃）₂的物質(zhì)的量為：2L×0.1mol/L-0.1mol=0.1mol，故反應(yīng)后的二氧化碳總的物質(zhì)的量為0.1mol+0.1mol×2=0.3mol，故答案為：0.1mol或0.3mol；
（3）若二氧化碳全部轉(zhuǎn)化為CaCO₃，生成10g沉淀是CaCO₃，碳酸鈣的物質(zhì)的量為：$\frac{10g}{100g/mol}$=0.1mol，故反應(yīng)后的二氧化碳總的物質(zhì)的量為0.1mol，甲烷反應(yīng)生成的二氧化碳的物質(zhì)的量為0.075mol，故原混合氣體中二氧化碳的物質(zhì)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(zhuǎn)化為CaCO₃，生成10g沉淀是CaCO₃，物質(zhì)的量為0.1mol，根據(jù)鈣離子守恒可知轉(zhuǎn)化生成的Ca（HCO₃）₂的物質(zhì)的量為：2L×0.1mol/L-0.1mol=0.1mol，故反應(yīng)后的二氧化碳總的物質(zhì)的量為0.1mol+0.1mol×2=0.3mol，甲烷反應(yīng)生成的二氧化碳的物質(zhì)的量為0.075mol，故原混合氣體中二氧化碳的物質(zhì)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，
故答案為：2.24L或6.72L．

點評 本題考查了混合物的有關(guān)計算，題目難度中等，注意掌握有關(guān)混合物反應(yīng)的計算方法，注意（3）中反應(yīng)后的二氧化碳不一定完全轉(zhuǎn)化碳酸鈣沉淀，可能生成碳酸氫鈣，據(jù)此討論計算．