Question

有一混和气体平均相对分子质量为30，由一氧化碳、乙烯和氧气组成．经点燃充分反应后，测得混合气体中不含有一氧化碳和乙烯．试求：（写出计算推理的详细过程）
（1）原混合气体中氧气所占的体积分数[ω（O₂）]．
（2）原混合气体中一氧化碳的体积分数[ω（CO）]的取值范围．
（3）原混合气体中乙烯的体积分数[ω（C₂H₄）]的取值范围．

Answer 1

解：（1）一氧化碳、乙烯和氧气的相对分子质量分别为28、28、32，
所以32ω（O₂）+28[1-ω（O₂）]=30，
解得ω（O₂）=0.5，
答：原混合气体中氧气所占的体积分数为0.5；
（2）原混合气体中氧气体积分数ω（O₂）=0.5，所以ω（CO）+ω（C₂H₄）=0.5，
假定混合气体1L，一氧化碳体积分数为ω（CO），乙烯的体积分数ω（C₂H₄），混合气体中不含有一氧化碳和乙烯，说明一氧化碳与乙烯都完全燃烧，一氧化碳与乙烯消耗的氧气应小于或等于混合气体中氧气的量．
由反应2CO+O₂═2CO₂，C₂H₄+3O₂═2CO₂+2H₂O可知；0.5ω（CO）+3ω（C₂H₄）≤0.5，
联立ω（CO）+ω（C₂H₄）=0.5，0.5ω（CO）+3ω（C₂H₄）≤0.5，解得ω（CO）≥0.4；ω（C₂H₄）≤0.1，
所以0.4≤ω（CO）≤0.5，
答：原混合气体中一氧化碳的体积分数的取值范围为0.4≤ω（CO）≤0.5；
（3）由（2）分析可知，0≤ω（C₂H₄）≤0.1，
答：原混合气体中乙烯的体积分数的取值范围0≤ω（C₂H₄）≤0.1．
分析：（1）混合气体由一氧化碳、乙烯和氧气组成，一氧化碳、乙烯和氧气的相对分子质量分别为28、28、32．一氧化碳、乙烯的相对分子质量相等，可以等效为1种物质，所以混合气体等效为两组分混合．根据平均相对分子质量计算公式可知，32ω（O₂）+28[1-ω（O₂）]=30，据此计算ω（O₂）；
（2）（3）假定混合气体1L，令一氧化碳体积分数为ω（CO），乙烯的体积分数ω（C₂H₄），混合气体中不含有一氧化碳和乙烯，说明一氧化碳与乙烯都完全燃烧，一氧化碳与乙烯消耗的氧气应小于或等于混合气体中氧气的量，据此列不等式求解．
点评：本题考查混合物的计算，难度较大，（2）（3）中关键清楚反应过程，明确一氧化碳与乙烯消耗的氧气应小于或等于混合气体中氧气的量．