Question

16．今有CH₄、HCHO、O₂三種成分的混合氣體，同溫同壓下與乙烷氣體的密度相同．問：
（1）混合氣體中CH₄和O₂的物質(zhì)的量之比為多少？
（2）若某條件下水為氣態(tài)，氣體的摩爾體積為50L/mol，在該條件下點燃混合氣體，混合氣恰好完全燃燒，共生成CO₂ 13.2g，求原混合氣體中氧氣的物質(zhì)的量和生成的混合氣體在該條件下的密度．

Answer 1

分析 （1）同溫同壓下，氣體密度之比等于其摩爾質(zhì)量之比，混合氣體密度與乙烷密度相同，說明混合氣體平均摩爾質(zhì)量是30g/mol，甲醛的摩爾質(zhì)量是30g/mol，所以混合氣體與甲醛的物質(zhì)的量多少無關，則甲烷和氧氣的平均摩爾質(zhì)量為30g/mol；
（2）nCO₂=$\frac{13.2}{44}$mol=0.3mol，因為甲烷和氧氣的物質(zhì)的量之比為1：7，設原有CH₄ xmol，根據(jù)C原子守恒得nHCHO=（0.3-x）mol，nO₂=7x mol，
CH₄完全燃燒時：
CH₄～2O₂
x     2x
HCHO完全燃燒時：
HCHO～O₂
0.3-x 0.3-x
2x+0.3-x=7x
x=0.05，nO₂=7x=0.35mol，又 CH₄、HCHO燃燒前后△ng=0（H₂O為氣態(tài)），反應前后平均分子量不變，根據(jù)ρ=$\frac{M}{{V}_{m}}$進行計算．

解答 解：（1）同溫同壓下，氣體密度之比等于其摩爾質(zhì)量之比，混合氣體密度與乙烷密度相同，說明混合氣體平均摩爾質(zhì)量是30g/mol，甲醛的摩爾質(zhì)量是30g/mol，所以混合氣體與甲醛的物質(zhì)的量多少無關，則甲烷和氧氣的平均摩爾質(zhì)量為30g/mol，
設甲烷的物質(zhì)的量是amol、氧氣的物質(zhì)的量是bmol，其平均摩爾質(zhì)量=$\frac{16ag+32bg}{（a+b）mol}$=30g/mol
a：b=1：7，
答：混合氣中nCH₄：nO₂=1：7；
（2）nCO₂=$\frac{13.2}{44}$=0.3（mol）
設原有CH₄ xmol，則nHCHO=（0.3-x）mol，nO₂=7x mol．
CH₄完全燃燒時：
CH₄～2O₂
x     2x
HCHO完全燃燒時：
HCHO～O₂
0.3-x 0.3-x
2x+0.3-x=7x
x=0.05（mol）
nO₂=7x=0.35 mol．
又 CH₄、HCHO燃燒前后△ng=0（H₂O為氣態(tài)），反應前后平均分子量不變，
又∵$\overline M$=30，根據(jù)ρ═$\frac{\overline M}{50}$=$\frac{30}{50}$g/L=g/L，
答：原混合氣體中氧氣的物質(zhì)的量和生成的混合氣體在該條件下的密度是0.6g/L．

點評 本題考查混合物的有關計算，側重考查學生分析計算能力，（1）中正確判斷甲醛的量與不影響混合物密度是解該題關鍵，難點是（2）題計算，注意密度與摩爾質(zhì)量、氣體摩爾體積關系，題目難度中等．