Question

18．生态农业涉及农家肥料的综合利用．某种肥料经发酵得到一种含有甲烷、二氧化碳、氮气的混合气体8.96L（标准状况）．该气体通过盛有红色CuO粉末的硬质玻璃管，发生的反应为：CH₄+4CuO═CO₂↑+2H₂O↑+4Cu．当甲烷完全反应后，硬质玻璃管的质量减轻了4.8g．将反应后气体通入足量的澄清石灰水，充分吸收，生成沉淀10g．
（1）在CH₄+4CuO═CO₂↑+2H₂O↑+4Cu中氧化剂与还原剂的物质的量之比为4：1．
（2）原混合气体的物质的量是0.4mol；生成沉淀的摩尔质量是100g/mol．
（3）原混合气体中甲烷在标准状况的体积是1.68 L，N₂的物质的量0.3mol．

Answer 1

分析 （1）反应CH₄中C元素的化合价升高，CuO中Cu元素的化合价降低；
（2）根据n=$\frac{V}{22.4L/mol}$计算原混合气体的物质的量；二氧化碳与澄清石灰水生成碳酸钙；
（3）发生的反应为：CH₄+4CuO=CO₂↑+2H₂O↑+4Cu，当甲烷完全反应后，硬质玻璃管的质量减轻4.8g，可知减少的质量为氧元素的质量，利用差量法计算甲烷的物质的量，根据V=nVm计算甲烷的体积；二氧化碳部分转化为CaCO₃，生成10g沉淀是CaCO₃，再根据碳元素守恒计算反应后的二氧化碳总的物质的量，减去反应生成的二氧化碳的物质的量即为原混合气体中二氧化碳的物质的量，计算二氧化碳体积，进而计算氮气的体积．

解答 解：（1）反应CH₄中C元素的化合价升高，为还原剂，CuO中Cu元素的化合价降低为氧化剂，则CH₄+4CuO═CO₂↑+2H₂O↑+4Cu中氧化剂与还原剂的物质的量之比为4：1；
故答案为：4：1；
（2）混合气体的物质的量为：$\frac{8.96L}{22.4L/mol}$=0.4mol，二氧化碳与澄清石灰水生成碳酸钙，碳酸钙的摩尔质量为100g/mol；
故答案为：0.4mol；100g/mol；
（3）设甲烷的物质的量为x，当甲烷完全反应后，硬质玻璃管的质量减轻4.8g，则：
CH₄+4CuO=CO₂+2H₂O+4Cu 质量减轻△m
1mol                    16×4g
x                       4.8g，
解得：x=$\frac{4.8g×1mol}{64g}$=0.075mol，
原混合气体中甲烷的物质的量为0.075mol，标况下的体积为：0.075mol×22.4L/mol=1.68L，
二氧化碳全部转化为CaCO₃，生成10g沉淀是CaCO₃，碳酸钙的物质的量为：$\frac{10g}{100g/mol}$=0.1mol，故反应后的二氧化碳总的物质的量为0.1mol，甲烷反应生成的二氧化碳的物质的量为0.075mol，故原混合气体中二氧化碳的物质的量为0.1mol-0.075mol=0.025mol，原混合物中CO₂的体积为0.025mol×22.4L/mol=0.56L，故原混合气体中氮气的体积为：8.96L-1.68L-0.56L=6.72L，其物质的量为0.3mol；
故答案为：1.68L；0.3mol．

点评 本题考查了氧化还原反应、混合物的有关计算，题目难度中等，注意掌握有关混合物反应的计算方法，侧重于基础知识的综合应用能力考查和计算能力的考查．