题目内容
【题目】在常温下的一密闭容器中事先放入1.56g过氧化钠,然后再通入乙烷与氧气的混合气体,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。
(1)相同条件下,通入的气体氧气和乙烷的体积比是多少?_____
(2)通入氧气的质量最大应是多少?_____
【答案】 0.8g
【解析】
(1)C2H6燃烧生成二氧化碳与水,反应方程式为2C2H6+7O2 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,容器内没有气体,反应后容器内的物质有三种可能,再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。
(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 =0.02 mol,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+0.03mol0.02mol×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x mol、O2为ymol,根据原子守恒可知反应生成的Na2CO3是2x mol,NaOH是6x mol,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×60.02mol×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。
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1:1V(O2):V(C2H6)2.5:1(或),
答:通入的气体氧气和乙烷的体积比是;
(2)通入氧气最大量时按①进行。
n(O2)=n(Na2O2)=×=0.025mol
m(O2)=0.025mol×32g·mol-1=0.8g。
答:通入氧气的质量不能超过0.8g。