Question

5．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（CH₄）、CO₂、N₂的混合氣體8.96L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．該氣體通過(guò)盛有紅色CuO粉末的硬質(zhì)玻璃管，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)量減輕了4.8g．將反應(yīng)后氣體通入2L 0.1mol/L的澄清Ca（OH）₂溶液，充分吸收，生成沉淀10g．
（1）原混合氣體的物質(zhì)的量是0.4mol；生成沉淀的摩爾質(zhì)量是100g/mol．
（2）原混合氣體中甲烷的體積是1.68L；求原混合氣體中氮?dú)饪赡艿捏w積2.24L或6.72L．
（3）反應(yīng)后氣體與澄清Ca（OH）₂溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計(jì)算混合氣體的物質(zhì)的量；
將反應(yīng)后氣體通入2L 0.1mol/L的澄清Ca（OH）₂溶液，充分吸收，生成沉淀為CaCO₃；
（2）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(jì)算甲烷的物質(zhì)的量，根據(jù)V=nVm計(jì)算甲烷的體積；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(jì)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(jì)算反應(yīng)生成的二氧化碳的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算原混合氣體中二氧化碳的物質(zhì)的量，再計(jì)算原混合物中CO₂的體積，進(jìn)而計(jì)算氮?dú)獾捏w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(jì)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(jì)算二氧化碳體積，進(jìn)而計(jì)算氮?dú)獾捏w積；
（3）只有二氧化碳與氫氧化鈣溶液反應(yīng)，二者反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀和水．

解答 解：（1）混合氣體的物質(zhì)的量為：$\frac{8.96L}{22.4L/mol}$=0.4mol，
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，
將反應(yīng)后氣體通入2L 0.1mol/L的澄清Ca（OH）₂溶液，充分吸收，生成沉淀為CaCO₃，其摩爾質(zhì)量為100g/mol，
故答案為：0.4mol；100g/mol；         
（2）原混合氣體中甲烷的物質(zhì)的量為0.075mol，體積為0.075mol×22.4L/mol=1.68L；
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?dú)獾捏w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?dú)獾捏w積為：8.96L-1.68L-5.04L=2.24L，
故答案為：1.68L；2.24L或6.72L；
（3）CH₄、N₂不與氫氧化鈣溶液反應(yīng)，CO₂與澄清Ca（OH）₂溶液反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O，
故答案為：CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了混合物的有關(guān)計(jì)算，難度中等，（2）注意反應(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(jì)算，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計(jì)算能力．