Question

7．活泼金属的碳化物都是易水解的物质，例如：
Al₄C₃+12H₂O→4Al（OH）₃+3CH₄↑
Mg₂C₃+4H₂O→2Mg（OH）₂+C₃H₄↑ 
完成下列计算：
（1）如果需要制取10.08L的乙炔（标准状况下），至少需要30g CaC₂含量为96%的电石．
（2）金属碳化物Al₄C₃与Mg₂C₃组成的混合物与一定量的水反应，实验数据如下：

实验组号	①	②	③	④
碳化物（g）	7.8	15.6	23.4	31.2
水（mL）	18	18	a	a
气体（L/标况）	2.8	5.6	7	7

计算：
①混合物中Al₄C₃与Mg₂C₃的物质的量之比=1：2；
②a=22.5g；
（3）甲烷通过激光分解可制得乙炔．
主反应：2CH₄→C₂H₂+3H₂；副反应：CH₄→C（s）+2H₂．
在一烧瓶中加入Al₄C₃与CaC₂组成的混合物，再向烧杯中加入足量的水，充分反应后，烧瓶质量减轻了7.4g，同时收集到气体8.96L（折算为标况）．通过激光分解后，得到的气体的平均相对分子质量为11，同时有0.03g碳生成，计算甲烷的分解率．

Answer 1

分析 （1）根据n=$\frac{V}{{V}_{m}}$计算出乙炔的物质的量，再结合反应方程式CaC₂+2H₂O=Ca（OH）₂+C₂H₂↑计算出需要CaC₂含量为96%的电石的质量；
（2）①根据表中数据可知，①②中碳化物不足，水过量，可设出①中Al₄C₃、Mg₂C₃的物质的量，然后分别根据质量和生成气体体积列式计算；
②根据反应Al₄C₃+12H₂O→4Al（OH）₃+3CH₄↑、Mg₂C₃+4H₂O→2Mg（OH）₂+C₃H₄↑可知，参与反应的水的物质的量是生成气体的物质的量的4倍，据此计算出水的物质的量及质量；
（3）发生反应为：反应Al₄C₃+12H₂O→4Al（OH）₃+3CH₄↑、CaC₂+2H₂O=Ca（OH）₂+C₂H₂↑；烧瓶质量减轻了7.4g，减轻的质量为生成气体的质量，根据n=$\frac{V}{{V}_{m}}$计算出生成甲烷和乙炔的总物质的量，然后设甲烷的物质的量为x、乙炔的物质的量为y，分别根据质量和气体的量列式计算出生成甲烷和乙炔的物质的量；再根据n=$\frac{m}{M}$计算出C的物质的量、设出主反应中分解的甲烷为的物质的量，分别根据反应甲烷分解的方程式计算出分解后混合气体中含有乙炔、甲烷和氢气的物质的量，再结合平均分子质量及质量守恒列式计算出主反应中分解的甲烷的物质的量，最后计算出甲烷分解的总物质的量及分解率．

解答 解：（1）标况下10.08L乙炔的物质的量为：$\frac{10.08g}{22.4L/mol}$=0.45mol，设需要CaC₂含量为96%的电石的质量为xg，根据反应CaC₂+2H₂O=Ca（OH）₂+C₂H₂↑可知，$\frac{96%x}{64}$=0.45mol，解得：x=30
答案为：30
2）①根据表中数据可知，①②中随着碳化物质量的增加，生成气体体积增大，③④中生成气体体积相等，而碳化物的质量不同，说明①②中碳化物不足、水过量，而③④中水完全反应，碳化物过量，
设①中Al₄C₃、Mg₂C₃的物质的量分别为x、y，根据质量可得：144x+84y=7.8，根据生成气体体积可得：3x+y=$\frac{2.8}{22.4}$=0.125，联立解得：x=0.025mol、y=0.05mol，故混合物中Al₄C₃与Mg₂C₃的物质的量之比为：0.025mol：0.05mol=1：2，
故答案为：1：2；
②根据反应Al₄C₃+12H₂O→4Al（OH）₃+3CH₄↑、Mg₂C₃+4H₂O→2Mg（OH）₂+C₃H₄↑可知，参与反应的水的物质的量是生成气体的物质的量的4倍，③④中水不足，完全反应，则参与反应的水的物质的量为：$\frac{7L}{22.4L/mol}$×4=1.25mol，水的质量为：22.5g，
故答案为：22.5g；
（3）烧瓶质量减轻了7.4g，减轻的质量为生成气体的质量，根据反应Al₄C₃+12H₂O→4Al（OH）₃+3CH₄↑、CaC₂+2H₂O=Ca（OH）₂+C₂H₂↑可知，生成气体为乙炔和甲烷，总物质的量为：$\frac{8.96L}{22.4L/mol}$=0.4mol，设甲烷的物质的量为x、乙炔的物质的量为y，则x+y=0.4、16x+26y=7.4g，联立解得：x=0.3mol、y=0.1mol，
0.03gC的物质的量为：$\frac{0.03g}{12g/mol}$=0.0025mol，根据副反应CH₄→C（s）+2H₂可知，反应分解的甲烷的物质的量为0.0025mol，生成氢气的物质的量为：0.0025mol×2=0.005mol，
设主反应2CH₄→C₂H₂+3H₂中甲烷分解的物质的量为xmol，则反应生成乙炔的物质的量为0.5xmol，生成氢气的物质的量为1.5xmol，
甲烷分解后的气体中含有乙炔的物质的量为：（0.1+0.5x）mol，甲烷的物质的量为：（0.3-x-0.0025）mol=（0.2975-x）mol，氢气的物质的量为：（0.005+1.5x）mol，分解后气体的质量为：7.4g-0.03g=7.37g，
根据平均分子质量为11，平均摩尔质量为11g/mol，则：11g/mol×（0.1+0.5x+0.2975-x+1.5x+0.005）mol=7.37g，解得：x=0.272mol，
甲烷分解的总物质的量为：0.272mol+0.0025mol=0.2745mol，
所以甲烷的分解率为：$\frac{0.2745mol}{0.3mol}$×100%=91.5%，
答：甲烷的分解率为91.5%．

点评 本题考查了混合物反应的计算，题目难度较大，注意明确讨论法、平均摩尔质量及质量守恒定律在化学计算中的应用，（3）为难点，涉及的计算量较大，充分考查了学生的分析、理解能力．