Question

13．一定条件下，燃烧2.24L的CO和O₂的混合气体时，共放出a kJ的热量，反应后气体的密度为原气体密度的1.5倍，相同条件下，燃烧同样体积的N₂O和CO的混合物，共得到3种气体产物，3种气体均能参与大气循环，反应中放出b kJ热量，并测得原混合气体的密度是反应后混合气体密度的$\frac{7}{6}$倍．（以上气体的体积均在标准状况下测定）．试确定：
（1）求CO的燃烧热．
（2）N₂O与CO所组成的混合物中气体的体积之比．
（3）由单质生成1mol N₂O时的焓变．

Answer 1

分析 （1）CO和O₂反应后气体密度变为原气体密度的1.5倍，根据质量守恒可知，反应后的气体体积为反应前的气体体积的$\frac{2}{3}$；而由CO的燃烧反应方程式2CO+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2CO₂可见反应后的CO₂体积刚好是反应前CO和O₂体积的$\frac{2}{3}$，所以混合气体中CO和O₂体积比恰好为2：1；标况下2.24L气体为0.1mol，其中含有$\frac{1}{15}$molCO和$\frac{1}{30}$molO₂，$\frac{1}{15}$mol的CO完全燃烧产生akJ热量，据此计算出一氧化碳的反应热；
（2）由于产生三种可参与大气循环的气体，产生的气体为二氧化碳、氮气和氧气，N₂O和CO可能发生的反应只能为：N₂O+CO=N₂+CO₂、2N₂O=2N₂+O₂，反应后气体密度减小为反应前的$\frac{6}{7}$，结合质量守恒可知，反应后气体体积增大为反应前的$\frac{7}{6}$，即增大了$\frac{1}{6}$体积，上述两个反应第一个反应前后体积不变，而第二个反应2体积的N₂O反应后增大为3体积的N₂和O₂混合气体，因此可知在原混合气体中有$\frac{1}{3}$体积的N₂O直接发生了分解，而剩余$\frac{2}{3}$体积气体中有$\frac{1}{3}$体积的N₂O和$\frac{1}{3}$体积的CO发生了第一个反应，据此据此N₂O与CO所组成的混合物中气体的体积之比；
（3）燃烧N₂O和CO混合气体的反应也可以看成如下两个反应之和：2N₂O=2N₂+O₂、2CO+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2CO₂，由于其中含有$\frac{1}{30}$mol的CO，可知第二个反应放出的热量为：15akI/mol×$\frac{1}{30}$mol=$\frac{a}{2}$kJ，而总反应放出的热量为bkJ，因此N₂O分解放出的热量为（b-$\frac{a}{2}$）kJ（如果该值小于0就是吸收热量了），因此可知生成$\frac{1}{15}$molN₂O需要吸收（b-$\frac{a}{2}$）kJ热量，据此计算出生成1molN₂O需要吸收的热量．

解答 解：（1）一氧化碳与氧气的反应方程式为：2CO+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2CO₂，CO和O₂反应后气体密度变为原气体密度的1.5倍，根据质量守恒可知，反应后的气体体积为反应前的气体体积的$\frac{2}{3}$；而由CO的燃烧反应方程式2CO+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2CO₂可见反应后的CO₂体积刚好是反应前CO和O₂体积的$\frac{2}{3}$，所以混合气体中CO和O₂体积比恰好为2：1；
标况下2.24L气体为0.1mol，因此其中含有$\frac{1}{15}$molCO和$\frac{1}{30}$molO₂，$\frac{1}{15}$mol的CO完全燃烧产生akJ热量，则CO的燃烧热为：$\frac{akJ}{\frac{1}{15}mol}$=15akJ/mol，
答：一氧化碳的燃烧热为15akJ/mol；
（2）由于产生三种可参与大气循环的气体，则N₂O和CO可能发生的反应只能为：N₂O+CO=N₂+CO₂、2N₂O=2N₂+O₂，反应后气体密度减小为反应前的$\frac{6}{7}$，结合质量守恒可知，反应后气体体积增大为反应前的$\frac{7}{6}$，即增大了$\frac{1}{6}$体积，上述两个反应第一个反应前后体积不变，而第二个反应2体积的N₂O反应后增大为3体积的N₂和O₂混合气体，因此可知在原混合气体中有$\frac{1}{3}$体积的N₂O直接发生了分解，而剩余$\frac{2}{3}$体积气体中有$\frac{1}{3}$体积的N₂O和$\frac{1}{3}$体积的CO发生了第一个反应，即混合气体中有$\frac{1}{15}$mol的N₂O和$\frac{1}{30}$mol的CO，体积比为2：1；
答：N₂O与CO所组成的混合物中气体的体积之比为2：1；
（3）燃烧N₂O和CO混合气体的反应也可以看成如下两个反应之和：2N₂O=2N₂+O₂、2CO+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2CO₂，由于其中含有$\frac{1}{30}$mol的CO，可知第二个反应放出的热量为：15akI/mol×$\frac{1}{30}$mol=$\frac{a}{2}$kJ，而总反应放出的热量为bkJ，因此N₂O分解放出的热量为（b-$\frac{a}{2}$）kJ（如果该值小于0就是吸收热量了），因此可知生成$\frac{1}{15}$molN₂O需要吸收（b-$\frac{a}{2}$）kJ热量，所以生成1molN₂O需要吸收的热量为：=$\frac{b-\frac{a}{2}}{\frac{1}{15}}$kJ=15（b-$\frac{a}{2}$）kJ，即焓变为15（b-$\frac{a}{2}$）kJ/mol，
答：由单质生成1mol N₂O时的焓变为15（b-$\frac{a}{2}$）kJ/mol．

点评 本题考查了混合物反应的计算，题目难度中等，涉及焓变、反应热、物质的量的计算，试题计算量较大，充分考查学生的分析、理解能力及化学计算能力，明确发生反应的原理为解答关键．