Question

19．在120℃，101kPa条件下，由H₂、CH₄、CO组成的混合气体a mL，通入一定量（设为x mL）氧气使其完全燃烧．
（1）若a mL混合气体完全燃烧消耗相同条件下氧气的体积也为a mL（即x=a），则原混合气体中CH₄的体积分数是33.3%．
（2）若完全燃烧后生成CO₂和H₂O（g）的总体积在相同条件下为2a mL，则原混合气体中CH₄的体积分数是50%，现要测定原混合气体中H₂的体积分数，还必须知道相同条件下其它数据可以是BC（填选项字母）．
A．前面提供的数据已经足够　　　　B．生成CO₂气体的总体积
C．生成H₂O（g）的总质量        D．2a mL混合气体的密度
（3）若原混合气体完全燃烧时，生成的气体中只有CO₂和H₂O（g），求x的取值范围0.5a＜x＜2a．

Answer 1

分析 （1）燃烧发生反应：2H₂+O₂=2H₂O（g）、2CO+O₂=2CO₂、CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O（g），相同体积的氢气、CO消耗氧气体积相等，假设甲烷为y mL，则氢气、CO总体积为（a-y）mL，根据方程式表示出消耗氧气的体积，进而列方程计算解答；
（2）设H₂、CH₄、CO的体积分别为zmL、bmL、cmL，根据原子守恒表示出CO₂、H₂O（g）的体积，再结合总体积列方程解答；结合表达式判断需要知道的数据；
（3）由方程式可知，全部为氢气（或CO）消耗氧气最小，全部为甲烷消耗氧气最多，据此讨论计算解答．

解答 解：（1）假设甲烷为y mL，则氢气、CO总体积为（a-y）mL，则：
CH₄+2 O₂=CO₂+2H₂O（g）
y mL 2y mL
由2 H₂+O₂=2H₂O（g）、2CO+O₂=2CO₂，可知（a-y）mL氢气、CO混合气体消耗氧气为 0.5（a-y）mL
由题意可知，2ymL+0.5（a-y）mL=amL，
解得y=$\frac{1}{3}$a，
即甲烷的体积分数为$\frac{\frac{1}{3}amL}{amL}$×100%=33.3%，
故答案为：33.3%；
（2）设H₂、CH₄、CO的体积分别为zmL、bmL、cmL，
则：z+b+c=a
根据原子守恒，则：b+c+z+2b=2a，
联立方程，解得b=0.5a
即甲烷的体积分数为$\frac{0.5amL}{amL}$×100%=50%，
要测定原混合气体中H₂的体积分数，可以知道：生成CO₂气体的总体积，生成H₂O（g）的总质量，
故答案为：50%；BC；
（3）全部为氢气（或CO）消耗氧气最小，由2 H₂+O₂=2H₂O（g），可知消耗氧气为0.5amL，全部为甲烷消耗氧气最多，由CH₄+2 O₂=CO₂+2H₂O（g），可知消耗氧气为2amL，故0.5a＜x＜2a，
故答案为：0.5a＜x＜2a．

点评 本题考查混合物计算、化学方程式有关计算，难度中等，（1）根据方程式判断耗氧量，转化为2组分混合物计算，（3）中注意利用极值法进行解答．