Question

CH₄在一定条件下催化氧化可以生成C₂H₄和C₂H₆(水和其他反应产物忽略不计)。取一定量CH₄经催化氧化后得到一种混合气体，它在标准状况下的密度为0.780 g·L^-1。已知反应中CH₄消耗了20%，计算混合气体中C₂H₄的体积分数。(本题计算过程中请保留3位有效数字)

Answer 1

φ(C₂H₄)=4.44%

解析：该题是信息给予题。CH₄经催化氧化可以生成C₂H₄和C₂H₆是本题的计算依据，由混合气体(剩余CH₄、C₂H₄和C₂H₆)的密度可列出等式进行计算。本题有多种解法，下面只介绍两种常见解法。

方法Ⅰ：(从消耗甲烷的物质的量入手)：

设反应前CH₄为1 mol，其中有x mol转化成乙烯(2CH₄C₂H₄)即生成mol C₂H₄，生成C₂H₆mol，则反应后混合气体的总物质的量为：(剩余CH₄、生成乙烯、乙烷)。

根据密度定义得(CH₄相对分子质量为16，C₂H₄相对分子质量为28，C₂H₆相对分子质量为30)

解得x=0.080 0 mol

方法Ⅱ：(从生成C₂H₄的体积分数入手)

设反应前CH₄为1 mol，消耗了20%，则反应后混合气体的总物质的量为：

又设混合气体中乙烯的体积分数为x，则

解得x=4.44%