Question

【题目】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____________。

（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__________，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__________（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_______。

Answer 1

【答案】33.3%50%B0.5a＜x＜2a

【解析】

（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。

（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2H2+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=a，
即甲烷的体积分数为×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=a①
根据原子守恒，则：b+c+z+2b=2a②，
联立方程①②，解得b=0.5a，即甲烷的体积分数为×100%=50%，
现要测定原混合气体中H2的体积分数，显然已知质量不能求出，即可排除A、C。若已知生成CO2气体的总体积，根据以上关系即可求出H2的体积分数，故选B，

故答案为：50%；B；
（3）若a mol全部是CO或H2，则完全燃烧时消耗O2的体积为；若全部是CH4，则完全燃烧时消耗去O2的体积为2 a，所以得0.5a＜x＜2a。

故答案为：0.5a＜x＜2a。