Question

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=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

．
（3）求原混合氣體中氮氣可能的體積．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)n=

V

Vm

計算混合氣體的物質(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，利用差量法計算甲烷的物質(zhì)的量，根據(jù)V=nVm計算甲烷的體積；
（3）若二氧化碳全部轉(zhuǎn)化為CaCO₃，生成10g沉淀是CaCO₃，根據(jù)n=

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）混合氣體的物質(zhì)的量=

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=

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，故答案為：1.68L；
（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

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，
答：原混合氣體中氮氣的體積為2.24L或6.72L．

點評：本題考查了混合物的有關(guān)計算，難度中等，（3）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)此討論計算．