Question

18．密闭容器中有CO和空气的混合气体14L，用电火花引燃，经充分反应后总体积为V L（假设所有体积均在同温、同压下测定，且空气中O₂的体积分数以0.20计算．计算结果保留两位小数）．
（1）若CO和O₂恰好反应，计算原混合气体中CO的体积分数（请写出必要过程）．
（2）若反应后总体积数V=13时，则原混合气体可能的组成为（可不填满，也可补充）．
第一种情况：V（CO）：V（O₂）=9：1（CO剩余）；
第二种情况：V（CO）：V（O₂）=5：6（原空气中O₂剩余）；
第三种情况：V（CO）：V（O₂）=无．
（3）反应后总体积数V的取值范围是12≤V＜14．

Answer 1

分析 （1）若CO和O₂恰好反应，方程式为2CO+O₂=2CO₂，设原混合气体中CO的体积为x，O₂的体积为y，两恰好完全反应得x=2y，又因为空气中O₂的体积分数以0.20，所以空气体积为5y，则x+5y=14，然后求原混合气体中CO的体积分数；
（2）若反应后总体积V=13时，则原混合气体可能的组成为
      2CO+O₂=2CO₂------体积减少
      2     1     2         1
                        14-13=1L
反应的CO为2L，O₂为1L，即反应的O₂转换空气为5L，2+5=7＜14，多余7L，可以是CO或者是空气，由此分析解答；
（3）用极端法，解决反应后总体积数V的取值范围．①若全部是CO，相当于没有反应，则反应后的体积为14L；②若全部是空气，也相当于没有反应，则反应后的体积为14L；③若恰好完全反应，即体积减少最多，反应后气体体积最小，由此分析解答．

解答 解：（1）设原混合气体中CO的体积为x，O₂的体积为y．
据题意得关系式：2CO～O₂
               2      1
               x      y
则x=2y 
又因为CO和空气的混合气体14L，所以x+5y=14，即：$\left\{\begin{array}{l}{x=2y\\;}\\{x+5y=14}\end{array}\right.$解之得$\left\{\begin{array}{l}{x=4}\\{y=2}\end{array}\right.$，所以原混合气体中CO的体积分数为：$\frac{4}{14}$×100%=29%，答：原混合气体中CO的体积分数为29%；
（2）若反应后总体积V=13时，则原混合气体可能的组成为
      2CO+O₂=2CO₂～～～体积减少
      2     1     2         1
                        14-13=1L
反应的CO为2L，O₂为1L，即反应的O₂转换空气为5L，2+5=7＜14，多余7L，可以是CO或者是空气
若多余CO，则CO为2+7=9L，O₂为1L，V（CO）：V（O₂）=9：1；
若多余O₂，则CO为2L，空气12L，其中O₂为2.4L，V（CO）：V（O2）=5：6，故答案为：9：1（CO剩余）；5：6（原空气中O₂剩余）；（3）①若全部是CO，相当于没有反应，则反应后的体积为14L；②若全部是空气，也相当于没有反应，则反应后的体积为14L；③若恰好完全反应，即体积减少最多，反应后气体体积最小，设O₂体积x，
则由反应：2CO+O₂=2CO₂
CO体积2x，空气体积5x，则
2x+5x=7x=14L
解之得：x=2L
生成CO₂为4L，剩余空气中的其它气体8L，所以反应后的气体体积一共为：4L+8L=12L，所以反应后总体积数V的取值范围是：12≤V＜14，故答案为：12≤V＜14．

点评 本题考查混合物计算，侧重过量问题的计算，在解题过程中特别要极端假设求范围是解题的关键，以及差量在解讨论的应用，有一定的难度．