Question

12．有一混合氣體．系由一氣態(tài)烷烴和氣態(tài)單烯烴混合而成，它對氫氣的相對密度為12．把此混合氣體1體積和4體積氧氣混合，置于一密閉容器中，用電火花引燃，使二種烴都充分燃燒，然后冷卻到原來溫度（高于100℃），燃燒前后的壓強之比為1：1.04．試問它們是什么烴？并求它們各占的體積百分比．

Answer 1

分析 氣態(tài)烷烴和氣態(tài)單烯烴混合氣體對氫氣的相對密度為12，則混合氣體的平均相對分子質量為12×2=24，由于烯烴中乙烯的相對分子質量最小為28，故一定含有甲烷，反應后冷卻到原來的溫度（高于100℃）混合氣體的壓強增大，則混合氣體的體積增大，而氫原子數為4的烴燃燒冷卻到原來溫度（高于水沸點）體積不變，則體積增大由烯烴燃燒導致，設烯烴的組成為C_nH_2n，其體積為x，則CH₄體積為1-x，結合燃燒方程式表示出氣體體積增大，再結合體積增大及平均相對分子質量列方程計算解答．

解答 解：氣態(tài)烷烴和氣態(tài)單烯烴混合氣體對氫氣的相對密度為12，則混合氣體的平均相對分子質量為12×2=24，由于烯烴中乙烯的相對分子質量最小為28，故一定含有甲烷，
反應后冷卻到原來的溫度（高于100℃）混合氣體的壓強增大，則混合氣體的體積增大，而氫原子數為4的烴燃燒冷卻到原來溫度（高于水沸點）體積不變，則體積增大由烯烴燃燒導致，
設烯烴的組成為C_nH_2n，其體積為x，則CH₄體積為1-x，則：
CH₄（氣）+2O₂（氣）=CO₂（氣）+2H₂O（氣）
C_nH_2n（氣）+$\frac{3n}{2}$O₂（氣）=nCO₂（氣）+nH₂O（氣） 體積增大△V
1                                           $\frac{n}{2}$-1
x                                         x（$\frac{n}{2}$-1）
由體積改變可得：x（$\frac{n}{2}$-1）=5×（1.04-1）=0.2
由混合烴的相對平均分子質量可得：16（1-x）+（12n+2n）x=24
聯立方程，解得：x=0.2，n=4
故混合烴中烯烴為C₄H₈，其占有的體積為20%，烷烴為CH₄，占有體積為（1-0.2）×100%=80%，
答：混合烴中烯烴為C₄H₈，其占有的體積為20%，烷烴為CH₄，占有體積為（1-0.2）×100%=80%．

點評 本題考查混合物計算，關鍵是確定含有甲烷及烯烴燃燒導致體積增大，學生容易只考慮H原子數目判斷烯烴為丙烯或丁烯，忽略驗證相對分子質量是否滿足，題目利用方程組進行解答可以避免上述問題．