Question

18．密闭容器中盛有CH₄、N₂和O₂的混合气，点火使其充分反应，CH₄全部转化为CO、CO₂和H₂O，待容器恢复至室温，测得容器内的混合气中碳元素的质量分数为12%，则反应前混合气中N₂的质量分数可能为（　　）

• A． 28%
• B． 42%
• C． 54%
• D． 64%

Answer 1

分析 设反应后该混合气体的质量为100g．则混合气体中含碳元素12g，假设甲烷燃烧完全生成二氧化碳和水，求出此时氮气的质量，假设甲烷燃烧完全生成一氧化碳和水，求出此时氮气的质量，氮气的质量应在共同区间内．

解答 解：
设反应后该混合气体的质量为100g．则混合气体中含碳元素12g，则原来甲烷的质量就为12g÷$\frac{12}{16}$=16g，甲烷中氢元素的质量为16g-12g=4g，所以生成水的质量为4g÷$\frac{2}{18}$=36g；所以反应前混合气的质量为100g+36g=136g．
第一种情况：假设甲烷燃烧完全生成二氧化碳和水：
则二氧化碳的质量为12g÷$\frac{12}{44}$=44g，此时假设氧气完全反应，剩余的都是氮气，则氮气的质量为100g-44g=56g，这样氮气的在反应前的混合物中最大质量分数为$\frac{56g}{136g}$×100%=41.2%．而如果剩余气体中只有氧气，则氮气的质量分数为0，所以氮气的质量分数介于0～41.2%之间．
第二种情况：假设甲烷燃烧完全生成一氧化碳和水：
则一氧化碳的质量为12g÷$\frac{12}{28}$=28g，此时假设氧气完全反应，剩余的都是氮气，则氮气的质量为100g-28g=72g这样氮气的在反应前的混合物中最大质量分数为$\frac{72g}{136g}$×100%=52.9%．而如果剩余气体中只有氧气，则氮气的质量分数为0，所以氮气的质量分数介于0～52.9%．
由于CH₄全部转化为CO、CO₂和H₂O，也就是同时又二氧化碳和一氧化碳，则反应前的氮气的质量分数应该是在0～41.2%之间．
故选A．

点评 本题是一道考查混合物质中根据某元素的质量分数来求的另外几种物质或者元素的质量分数，方法有多种，但可以用排除法做类似的题目；难度较大，培养学生的创新和逆向思维能力．