Question

1．质量、物质的量．物质的量浓度等是用于化学计算的常见物理量．
（1）同温同压下，A₂气体与B₂气体等体积化合，生成AxBy气体，已知反应前后气体的密度不变，则AxBy的分子式为AB．
（2）有一只干燥的烧瓶，在标准状况下用排空气法收集HCl，测得烧瓶内气体在相同状况下对CH₄的相对密度为2，则烧瓶内气体的平均摩尔质量为32g/mol，空气与HCl的体积比为3：2．然后将该烧瓶倒置于水槽中，已知HCl全部溶解且假设溶质不从烧瓶中扩散出来，那么烧瓶中盐酸的物质的量浓度为$\frac{1}{22.4}$mol/L．
（3）将a L Al₂（SO₄）₃和（NH₄）₂SO₄的混合溶液分成两等份，一份加入b mol BaCl₂溶液使溶液中的SO₄^2-刚好完全沉淀；另一份加入足量NaOH溶液并加热可得到C mol NH₃，则原溶液中Al³⁺的物质的量浓度为$\frac{4b-2c}{3a}$mol/L．
（4）将0.24g Mg和0.27g Al的混合物投入到100mL 1mol/L的盐酸中，充分反应后固体完全溶解．向所得溶液中加入2mol/L的NaOH溶液，恰好使金属离子全部沉淀完全．写出加入NaOH溶液发生的相关离子方程式H⁺+OH^-=H₂O、Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓、Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，需要NaOH溶液的体积为50mL．
（5）常温下A和B两种气体组成的混合物（A的摩尔质量大于B的摩尔质量），经分析混合气体中只含有C、O元素：
①当混合物中C、O的质量比总是小于3：8时，混合气体中A和B分别是CO₂、O₂．
②当混合物中C、O的质量比为1：2时，混合气体中A的体积百分数为50%或20%．

Answer 1

分析 （1）相同温度和压强下，气体的体积之比等于物质的量之比等于化学反应方程式的系数之比，据此书写方程式，再利用化学反应遵循原子守恒推断；
（2）根据“烧瓶内气体在相同状况下对CH₄的相对密度为2”计算出烧瓶内气体的平均摩尔质量；设出空气和氯化氢的体积，根据相同条件下体积之比等于物质的量之比列式计算出空气与HCl的体积比；设出烧瓶的体积，根据n=$\frac{V}{{V}_{m}}$、c=$\frac{n}{V}$计算出烧瓶中盐酸的物质的量浓度；
（3）根据SO₄^2-+Ba²⁺═BaSO₄↓计算溶液中的SO₄^2-离子的物质的量，根据NH₄⁺+OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+H₂O计算NH₄⁺的物质的量，再根据c=$\frac{n}{V}$计算SO₄^2-离子、NH₄⁺离子浓度，再利用电荷守恒有3n（Al³⁺）+c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-），据此计算原溶液中的Al³⁺浓度；
（4）根据n=$\frac{m}{M}$计算出镁和铝的物质的量，再根据n=cV计算出氯化氢的物质的量，结合反应关系式判断HCl是否有剩余；根据判断结果，若氯化氢过量，则加入氢氧化钠溶液后剩余的氯化氢优先反应，然后镁离子和铝离子与氢氧化钠反应生成沉淀，据此写出反应的离子方程式；根据镁离子、铝离子恰好沉淀时的溶质为NaCl计算出消耗氢氧化钠的物质的量，再根据V=$\frac{n}{c}$计算出消耗NaOH溶液的体积；
（5）①根据已知条件，确定物质范围；根据氧的相对原子质量与碳的相对原子质量比，分别计算出CO₂、O₂和CO中氧，碳元素的质量比，再根据要求进行组合；
②当混合物中C、O的质量比为1：2时，CO₂分子中C、O质量之比=3：8＜1：2，CO分子中C、O元素的质量比=12：16=3：4＞1：2，O₂中C、O元素的质量比=0＜1：2，
所以该混合气体可能为CO₂和CO或CO和O₂，根据相对分子质量大小判断A、B，然后设出A、B的物质的量，根据C、O的质量比为1：2列式计算．

解答 解：（1）相同温度和压强下，气体的体积之比等于物质的量之比，等于化学反应方程式的系数之比，所以1体积的X₂气体与1体积的Y₂气体化合生成2体积的气态化合物Z，反应方程式可以表示为：X₂+Y₂=2Z，根据原子守恒可知Z为XY，
故答案为：AB；
（2）有一只干燥的烧瓶，在标准状况下用排空气法收集HCl，测得烧瓶内气体在相同状况下对CH₄的相对密度为2，气体的摩尔质量与相对密度成正比，则烧瓶内气体的平均摩尔质量为：16g/mol×2=32g/mol；设空气的体积为x、HCl的体积为y，则：$\frac{29x+36.5y}{x+y}$=32，解得：x：y=3：2，即：空气与HCl的体积比为3：2；
将该烧瓶倒置于水槽中，已知HCl全部溶解且假设溶质不从烧瓶中扩散出来，设烧瓶的容积为VL，则烧瓶中含有标准状况下HCl的体积为：VL×$\frac{2}{3+2}$=0.4VL，其物质的量为：$\frac{0.4VL}{22.4L/mol}$=$\frac{0.4V}{22.4}$mol，烧瓶中溶液体积为0.4VL，所以烧瓶中盐酸的物质的量浓度为：$\frac{\frac{0.4V}{22.4}mol}{0.4VL}$=$\frac{1}{22.4}$mol/L，
故答案为：32g/mol；3：2；$\frac{1}{22.4}$mol/L；
（3）将Al₂（SO₄）₃和（NH₄）₂SO₄的混合溶液a L分为两等份，每份的体积为0.5a，
向0.5aL混合溶液中加入bmolBaCl₂，恰好使溶液中的SO₄^2-离子完全沉淀，则：
SO₄^2-+Ba²⁺═BaSO₄↓
bmol bmol
c（SO₄^2-）=$\frac{bmol}{0.5aL}$=$\frac{2b}{a}$mol/L，
向0.5aL混合溶液中加入足量强碱并加热可得到cmolNH₃，则：
NH₄⁺+OH^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+H₂O
cmol      cmol
c（NH₄⁺）=$\frac{cmol}{0.5aL}$=$\frac{2c}{a}$mol/L，
又溶液不显电性，设原溶液中的Al³⁺浓度为x，由电荷守恒可知，
x×3+$\frac{2c}{a}$mol/L×1=$\frac{2b}{a}$mol×2，
解得：x=$\frac{4b-2c}{3a}$mol/L，
故答案为：$\frac{4b-2c}{3a}$mol/L；
（4）0.24g Mg的物质的量为：$\frac{0.24g}{24g/mol}$=0.01mol，0.27g Al的物质的量为：$\frac{0.27g}{27g/mol}$=0.01mol，100mL 1mol/L的盐酸中含有HCl的物质的量为：1mol/L×0.1L=0.1mol，0.01molMg完全反应消耗0.02molHCl，0.01molAl完全反应消耗0.02molHCl，总共消耗了0.05molHCl，说明反应后盐酸有剩余，故向所得溶液中加入2mol/L的NaOH溶液，盐酸先参与反应生成氯化钠和水，然后镁离子、铝离子分别为氢氧化钠反应分别生成氢氧化镁、氢氧化铝沉淀，反应的离子方程式有：H⁺+OH^-=H₂O、Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓、Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓；恰好使金属离子全部沉淀完全时，溶质为NaCl，根据质量守恒可知：n（NaOH）=n（NaCl）=n（HCl）=0.1mol，需要NaOH溶液的体积为：$\frac{0.1mol}{2mol/L}$=0.05L=50mL，
故答案为：H⁺+OH^-=H₂O、Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓、Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓；50；
（5）①由C、O元素组成的气体有：CO₂、O₂和CO，
CO₂中C、O元素的质量比是12：36=3：8；
CO中C、O元素的质量比是12：16=3：4；
O₂中C、O元素的质量比为0；
当混合物中C、O的质量比总是小于3：8，说明该混合气体是CO₂和O₂的混合气体，
又因为A的相对分子质量大于B的相对分子质量，故A为二氧化碳，B为氧气，
故答案为：CO₂；O₂；
②当混合物中C、O的质量比为1：2时，CO₂分子中C、O质量之比=3：8＜1：2，
CO分子中C、O元素的质量比=12：16=3：4＞1：2，
O₂中C、O元素的质量比=0＜1：2，
所以该混合气体可能为CO₂和CO或CO和O₂，
当为CO和O₂时，则A为O₂，B为CO，设混合气体中O₂和CO的物质的量分别为x、y，则：$\frac{12y}{16（2x+y）}$=$\frac{1}{2}$，解得：x：y=1：4，相同条件下气体体积之比等于物质的量之比，则混合气体中氧气的体积分数为：$\frac{1}{1+4}$×100%=20%；
当混合气体为CO₂和CO时，A为CO₂、B为CO，设CO₂和CO的物质的量分别为x、y，则：$\frac{12（x+y）}{16（2x+y）}$=$\frac{1}{2}$，解得：x：y=1：1，相同条件下气体体积之比等于物质的量之比，则混合气体中氧气的体积分数为：$\frac{1}{1+1}$×100%=50%，
故答案为：50%或20%．

点评 本题考查了混合物的计算、物质的量的计算，题目难度中等，明确物质的量与摩尔质量、物质的量浓度等之间的关系为解答关键，试题知识点较多、计算量较大，充分考查了学生的分析、理解能力及化学计算能力．