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（標準狀況）．該氣體通過盛有紅色CuO粉末的硬質玻璃管，發(fā)生的反應為：CH₄+4CuO═CO₂↑+2H₂O↑+4Cu．當甲烷完全反應后，硬質玻璃管的質量減輕了4.8g．將反應后氣體通入2L 0.1mol/L的澄清Ca（OH）₂溶液，充分吸收，生成沉淀10g．
（1）原混合氣體的物質的量是0.4mol；生成沉淀的摩爾質量是100g/mol．
（2）原混合氣體中甲烷的體積是1.68L；求原混合氣體中氮氣可能的體積2.24L或6.72L．
（3）反應后氣體與澄清Ca（OH）₂溶液反應的化學方程式為CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計算混合氣體的物質的量；
將反應后氣體通入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)生的反應為：CH₄+4CuO=CO₂↑+2H₂O↑+4Cu，當甲烷完全反應后，硬質玻璃管的質量減輕4.8g，可知減少的質量為氧元素的質量，利用差量法計算甲烷的物質的量，根據(jù)V=nVm計算甲烷的體積；若二氧化碳全部轉化為CaCO₃，生成10g沉淀是CaCO₃，根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算碳酸鈣的物質的量，可知反應后的二氧化碳總的物質的量，根據(jù)甲烷的物質的量計算反應生成的二氧化碳的物質的量，進而計算原混合氣體中二氧化碳的物質的量，再計算原混合物中CO₂的體積，進而計算氮氣的體積；
若二氧化碳部分轉化為CaCO₃，生成10g沉淀是CaCO₃，根據(jù)鈣離子守恒可知轉化生成的Ca（HCO₃）₂的物質的量，再根據(jù)碳元素守恒計算反應后的二氧化碳總的物質的量，減去反應生成的二氧化碳的物質的量即為原混合氣體中二氧化碳的物質的量，計算二氧化碳體積，進而計算氮氣的體積；
（3）只有二氧化碳與氫氧化鈣溶液反應，二者反應生成碳酸鈣沉淀和水．

解答 解：（1）混合氣體的物質的量為：$\frac{8.96L}{22.4L/mol}$=0.4mol，
設甲烷的物質的量為x，當甲烷完全反應后，硬質玻璃管的質量減輕4.8g，則：
CH₄+4CuO=CO₂+2H₂O+4Cu   質量減輕△m
 1mol                      16×4g
 x                          4.8g，
解得：x=$\frac{4.8g×1mol}{64g}$=0.075mol，
將反應后氣體通入2L 0.1mol/L的澄清Ca（OH）₂溶液，充分吸收，生成沉淀為CaCO₃，其摩爾質量為100g/mol，
故答案為：0.4mol；100g/mol；         
（2）原混合氣體中甲烷的物質的量為0.075mol，體積為0.075mol×22.4L/mol=1.68L；
若二氧化碳全部轉化為CaCO₃，生成10g沉淀是CaCO₃，碳酸鈣的物質的量為：$\frac{10g}{100g/mol}$=0.1mol，故反應后的二氧化碳總的物質的量為0.1mol，甲烷反應生成的二氧化碳的物質的量為0.075mol，故原混合氣體中二氧化碳的物質的量為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，
若二氧化碳部分轉化為CaCO₃，生成10g沉淀是CaCO₃，物質的量為0.1mol，根據(jù)鈣離子守恒可知轉化生成的Ca（HCO₃）₂的物質的量為2L×0.1mol/L-0.1mol=0.1mol，故反應后的二氧化碳總的物質的量為0.1mol+0.1mol×2=0.3mol，甲烷反應生成的二氧化碳的物質的量為0.075mol，故原混合氣體中二氧化碳的物質的量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，
故答案為：1.68L；2.24L或6.72L；
（3）CH₄、N₂不與氫氧化鈣溶液反應，CO₂與澄清Ca（OH）₂溶液反應生成碳酸鈣沉淀和水，反應的化學方程式為CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O，
故答案為：CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O．

點評 本題考查了混合物的有關計算，難度中等，（2）注意反應后的二氧化碳不一定完全轉化碳酸鈣沉淀，可能生成碳酸氫鈣，據(jù)此討論計算，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學計算能力．