Question

【题目】生态农业涉及农家肥料的综合利用。某种肥料经发酵得到一种含有甲烷、二氧化碳、氮气的混合气体8.96L（标准状况）。该气体通过盛有红色CuO粉末的硬质玻璃管，发生的反应为：CH4+4CuO CO2↑+2H2O↑+4Cu。当甲烷完全反应后，硬质玻璃管的质量减轻了4.8g。将反应后气体通入2L0.lmol/L的澄清Ca(OH）2溶液，充分吸收，生成沉淀10g。求：

（1）原混合气体中甲烷的体积（标准状况）(写出计算过程）

（2）反应后的气体中CO2的物质的量可能为___________

（3）原混合气体中氮气的体积为__________。

Answer 1

【答案】（1）1.68L；（2）0.1mol；0.3mol（3）2.24L或6.72L。

【解析】

试题分析：玻璃管内减少的质量是CuO中氧元素的质量，所以n(CuO） = 4.8g ÷ 16 g/mol = 0.3mol，则根据方程式可知n(CH4） = 1/4n(CuO） = 1/4 × 0.3mol = 0.075mol,其体积是V(CH4）=0.075mol×22.4L/mol=1.68L；发生该反应产生的CO2的物质的量与甲烷的物质的量相等，也是0.075mol，将反应后气体通入2L0.lmol/L的澄清Ca(OH）2溶液，充分吸收，生成沉淀10g。n[Ca(OH）2]= 2L×0.lmol/L=0.2mol，反应产生的CaCO3的物质的量是n(CaCO3）=10g÷100g/mol=0.1mol<0.2mol，可能是石灰水过量，二氧化碳不足量，则n(CO2）= n(CaCO3）=0.1mol；也可能是CO2过量，将Ca(OH）2完全发生反应：Ca(OH）2+ CO2=CaCO3↓+H2O，消耗CO20.2mol，产生CaCO30.2mol，然后又发生反应：CaCO3+ CO2+H2O =Ca(HCO3）2，由于最后CaCO3的物质的量是0.1mol，所以发生上述反应消耗CO2的物质的量是0.1mol，则反应后CO2气体的物质的量也可能是0.2mol+0.1mol=0.3mol；（3）若二氧化碳全部转化为CaCO3，生成10g沉淀是CaCO3，碳酸钙的物质的量为：10g÷100g/mol=0.1mol，故反应后的二氧化碳总的物质的量为0.1mol，甲烷反应生成的二氧化碳的物质的量为0.075mol，故原混合气体中二氧化碳的物质的量为0.1mol-0.075mol = 0.025mol，原混合物中CO2的体积为0.025mol×22.4L/mol=0.56L，故原混合气体中氮气的体积为：8.96L-1.68L-0.56L=6.72L；若二氧化碳部分转化为CaCO3，生成10g沉淀是CaCO3，物质的量为0.1mol，根据钙离子守恒可知转化生成的Ca（HCO3）2的物质的量为：2L×0.1mol/L-0.1mol=0.1mol，故反应后的二氧化碳总的物质的量为0.1mol+0.1mol×2=0.3mol，甲烷反应生成的二氧化碳的物质的量为0.075 mol，故原混合气体中二氧化碳的物质的量0.3mol-0.075mol=0.225mol，原混合物中CO2的体积为0.225mol×22.4L/mol=5.04L，故原混合气体中氮气的体积为：8.96L-1.68L-5.04L=2.24L。