Question

[选做]在常温下的一密闭容器中事先放入1.56g Na₂O₂，然后再通入 C₂H₆ 与 O₂ 的混合气体，用电火花引爆，直至反应完全为止，恢复到原温度，容器内压强近似为零．求：
（1）通入的气体 O₂ 和 C₂H₆ 的体积比（相同条件下）为多少？
（2）通入 O₂ 的质量不能超过多少克？

Answer 1

分析：（1）C₂H₆燃烧生成二氧化碳与水，反应方程式为2C₂H₆+7O₂

点燃  .

4CO₂+6H₂O，
二氧化碳、水与过氧化钠反应2CO₂+2Na₂O₂═2Na₂CO₃+O₂，2H₂O+2Na₂O₂═4NaOH+O₂，生成的氧气循环利用，反应完全为止，恢复到原温度，容器内压强近似为零，容器内有气体，反应后容器内的物质有三种可能：①Na₂CO₃、H₂O（液）；②Na₂CO₃、NaOH；③Na₂CO₃、NaOH、H₂O（液），对于以上每一种情况，可依据原子守恒进行判断和计算，据此确定二者的体积之比范围；
（2）为情况①时，通入的氧气的质量最大，为情况②时通入的氧气的质量最小，结合（1）的计算确定氧气的质量范围，据此解答．

解答：解：（1）根据题中“容器内压强近似为零”，反应后容器内的物质有三种可能：①Na₂CO₃、H₂O（液）；②Na₂CO₃、NaOH；③Na₂CO₃、NaOH、H₂O（液），
若为情况①，Na₂O₂为1.56g，即

1.56g

78g/mol

=0.02mol，则反应后Na₂CO₃有0.02mol，可知原混合气体中C₂H₆应有0.01mol，则生成的H₂O（液）为0.03mol，依据O原子守恒可知O₂为（0.02mol×3+0.03mol-0.02mol×2）÷2=0.025mol，故原混合气体中和O₂和C₂H₆的体积比为0.025mol：0.01mol=2.5：1；
若为情况②，设C₂H₆为xmol、O₂为ymol，根据原子守恒可知反应生成的Na₂CO₃是2xmol，NaOH是6xmol，依Na⁺守恒得10x=0.04，解得x=0.004mol，依据O原子守恒可知O₂为（0.004mol×2×3+0.004mol×6-0.02mol×2）÷2=0.004mol，故原混合气体中和O₂和C₂H₆的体积比为0.004mol：0.004mol=1：1；
若情况③，从上述物质组成可以看出，这种情况是介于第①种情况和第②种情况之间的一种特殊情况，
综上所述，通入的混合气体中O₂和C₂H₆的体积比（相同条件下）范围为1：1≤V（O₂）：V（C₂H₆）≤2.5：1，
答：通入的气体 O₂ 和 C₂H₆ 的体积比为1：1≤V（O₂）：V（C₂H₆）≤2.5：1；
（2）为情况①时，通入的氧气的质量最大，氧气最大质量为0.025mol×32g/mol=0.8g，为情况②时通入的氧气的质量最小，氧气的最小质量为0.004mol×32g/mol=0.128g，故0.128g≤m（O₂）≤0.8g，即通入氧气的质量不能超过0.8g，
答：通入氧气的质量不能超过0.8g．

点评：本题考查混合物的有关计算，难度较大，本题采取极端假设法进行解答，确定临界点是关键，需要对题目涉及的内容及过程相当熟悉，需要分步考虑问题，侧重对学生思维能力的考查，注意解题中原子守恒的运用．