Question

19．化學與生活息息相關，在研究具體問題的時候會運用很多方法，其中一種就是把體積和壓強的影響，轉化成盒子進行研究．
I在一密閉氣缸內，用不漏氣的可滑動的活塞隔成兩室（圖1），左室充有甲烷（CH₄）和氧氣的混合氣體，右室充有氯氣和氫氣．已知當氧氣足夠多時甲烷完全燃燒，生成CO₂，氧氣不足時有CO生成，Cl₂+H₂═2HCl．在室溫下，靜止在氣缸的“3”處（液體體積忽略不計）．

（1）若反應前左室中CH₄與O₂物質的量之比為1：2，現(xiàn)將左右兩室混合氣體點燃，完全反應，冷卻至原室溫，活塞最終靜止于氣缸1.5處（填具體刻度）．
（2）若左室反應前充有一定量的CH₄與O₂的混合氣體，點燃左右兩室氣體，使其充分反應，在左室中未檢測到有毒氣體，冷卻至室溫，活塞最終靜止于氣缸“2”處，求反應前CH₄與O₂的物質的量之比為1：3．
II（1）室溫下，現(xiàn)有20LO₂，把它通入14L CO和H₂的混合氣體中，完全燃燒，干燥后恢復到原來的溫度．若剩余氣體的體積為nL，則原混合氣體中V（CO）：V（H₂）=$\frac{n-13}{27-n}$，n的取值范圍是13＜n＜27．
（2）若用圖2裝置進行O₂的燃燒反應，其中P是可自由平行滑動的活塞，關閉K，將6molH₂充入容器的A室中，將2molCO與8molO₂的混合氣體充入容器的B室中．已知起始時容器A和B的體積均為a L．試回答：
i點燃B室中的混合氣體，恢復到120℃，反應達到平衡時容器B的體積為0.9aL．
ii若打開K，點燃混合氣體，使CO、H₂和O₂充分反應，恢復到120℃則反應完全后，容器B的體積為0.2aL（連通管中氣體體積忽略不計，且不考慮溫度的影響）．

Answer 1

分析 I．（1）同溫同壓下，氣體的體積之比等于物質的量之比，反應前氣體的物質的量之比為3：3，反應后左右兩室氣體的物質的量之比為1：3；
（2）設的CH₄的物質的量為x mol，O₂的物質的量為y mol，此時右室氣體的物質的量為（x+y）mol，通過計算CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O計算剩余氣體的物質的量，左右兩室氣體的物質的量之比為$\frac{1}{2}$；
 II．（1）O₂+2CO$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2CO₂、O₂+2H₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2H₂O，若剩余氣體的體積為nL，則氣體體積減少（20+14-n）L，根據(jù)CO和氫氣體積之和及氣體體積減少量列方程式組計算；采用極限法計算n的范圍，如果氣體完全是CO時，剩余氣體體積最大，如果氣體完全是氫氣，剩余氣體體積最��；
（2）i．B室為恒溫恒壓條件，氣體的體積之比等于其物質的量之比，計算反應后剩余氣體的體積；
ii．若打開K，反應前氣體的體積為a L×$\frac{2mol+8mol+6mol}{2mol+8mol}$，通過O₂+2CO$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2CO₂、O₂+2H₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2H₂O計算反應后剩余氣體的總物質的量，依據(jù)恒溫恒壓條件，氣體的體積之比等于其物質的量之比，計算出反應后氣體的體積，減去a L即為反應后容器B的體積．

解答 解：I．（1）同溫同壓下，氣體的體積之比等于物質的量之比，由圖1可知反應前氣體的物質的量之比為3：3，由CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、Cl₂+H₂═2HCl可知應后左右兩室氣體的物質的量之比為1：3，所以活塞最終靜止于氣缸于6×$\frac{1}{4}$=1.5處，
故答案為：1.5；
（2）設的CH₄的物質的量為x mol，O₂的物質的量為y mol，右室氣體的總物質的量反應前后均為（x+y）mol，
             CH₄+2O₂$\stackrel{點燃}{→}$CO₂+2H₂O
開始：x mol   ymol        0
變化：xmol   2xmol       xmol
結束：0 （y-2x）mol   xmol
所以 $\frac{（y-2）mol+xmol}{（x+y）mol}$=$\frac{1}{2}$，解得$\frac{x}{y}$=1：3，
故答案為：1：3；
 II．（1）O₂+2CO$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2CO₂、O₂+2H₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2H₂O，
若剩余氣體的體積為nL，則氣體體積減少（20+14-n）L，設CO、H₂的體積分別是xL、yL，
$\left\{\begin{array}{l}{x+y=14}\\{0.5x+1.5y=20+14-n}\end{array}\right.$解得x=n-13，y=27-n，
所以V（CO）：V（H₂）=$\frac{x}{y}$=$\frac{n-13}{27-n}$；
如果完全是CO，則氣體減少的體積為7L，剩余氣體體積為（20+14-7）L=27L，
如果完全是H₂，則氣體減少的體積為21L，剩余氣體體積為（20+14-21）L=13L，
所以n得取值范圍為13＜n＜27，
故答案為：$\frac{n-13}{27-n}$；13＜n＜27；
（2）i．2CO+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2CO₂
開始：2mol  8mol        0
變化：2mol  1mol       2mol
結束：0     7mol       2mol
反應后剩余氣體總的物質的量為7mol+2mol=9mol，
iB室為恒溫恒壓條件，氣體的體積之比等于其物質的量之比，所以反應達到平衡時容器B的體積為a L×$\frac{9mol}{2mol+8mol}$=0.9aL，
故答案為：0.9a；
 ii．若打開K，反應前氣體的體積為a L×$\frac{2mol+8mol+6mol}{2mol+8mol}$=1.6a L，
O₂+2CO$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2CO₂、O₂+2H₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2H₂O，反應后氣體的總物質的量為（2mol+8mol+6mol-3mol-1mol）=12mol，
所以反應后氣體的體積為1.6a L×$\frac{12mol}{16mol}$=1.2a L，反應后容器B的體積為1.2a L-a L=0.2a L，
故答案為：0.2a．

點評 本題考查化學方程式的計算、有關范圍題的計算，題目難度較大，側重分析與計算能力的考查，明確恒溫恒壓條件下，氣體的體積之比等于其物質的量之比是關鍵．