Question

密度为0.478 g·L^-1的C₂H₂、C₂H₄、H₂的混合气体，通过镍催化剂后，密度增大到1.062 g·L^-1(密度均在标准状况下换算)，试求原混合气体中各种气体的体积分数。

Answer 1

解析：烯烃、炔烃在一定条件下均能发生加成反应。从解题过程可知假设未知数对解题有时会起到很重要的作用。

C₂H₂、C₂H₄均能与H₂反应，由ρ=，可知气体总质量保持不变，ρ增大，说明反应后的体积比原来更小。

反应后混合气体的M=1.062 g·L^-1×22.4 L·mol^-1=23.8 g·mol^-1。由于C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆的相对分子质量分别是26、28、30，说明反应后混合气体中还有H₂，反应前H₂过量，反应后混合气体是由C₂H₆和H₂组成的。

C₂H₄+H₂C₂H₆    C₂H₂+2H₂C₂H₆

设反应后H₂的体积分数为x，则C₂H₆的体积分数为(1-x)，依题意：

2x+30(1-x)=23.8

解得x=0.221。

又设反应前混合气体体积是A，则同温同压下反应后的气体体积应为

反应后，H₂的体积为0.45A×0.221=0.1A

则C₂H₆为0.35A。

再设反应前混合气体中C₂H₄、C₂H₂、H₂的体积分别为a、b、c，根据化学反应方程式有

得a=0.15A,b=0.2A,c=0.65A。

所以，原混合气体中C₂H₄、C₂H₂、H₂的体积分数分别为15%、20%和65%。

答案：C₂H₄为15%，C₂H₂为20%，H₂为65%。