Question

10．电解含有D₂O的H₂O一段时间后，在两极共收集到气体16.8L（标准状况），质量共9.25g，求水中所含D₂O的质量分数．

Answer 1

分析 电解水的方程式为2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，阳极得到氧气，阴极得到H₂、D₂，由方程式知：氢气和氧气的体积之比为2：1，进而计算H₂、D₂的总物质的量、总质量，列方程计算各自物质的量，进而计算水中所含D₂O的质量分数．

解答 解：电解水的方程式为2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，阳极得到氧气，阴极得到H₂、D₂，由方程式知：氢气和氧气的体积之比为2：1，故H₂、D₂的总体积为16.8L×$\frac{2}{3}$=11.2L，物质的量为$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，氧气的体积为16.8L-11.2L=5.6L，氧气的质量=$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$×32g/mol=8g，则H₂、D₂的总质量为9.25g-8g=1.25g，
设H₂、D₂的物质的量分别为xmol、ymol，则：
$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.5}\\{2x+4y=1.25}\end{array}\right.$
解得x=0.375、y=0.125，
混合气体中H原子和D原子个数之比为0.75mol：0.25mol=3：1，
则溶液中H₂O、D₂O的物质的量为3：1，
水中所含D₂O的质量分数$\frac{1×20}{3×18+1×20}×100%$=27%，
答：水中所含D₂O的质量分数27%．

点评 本题以电解原理为载体考查了混合物有关计算、物质的量的有关计算，侧重于学生的分析、计算能力的考查，难度不大．