Question

密度为0.478 g·L^-1的C₂H₂、C₂H₄、H₂混合气体通过镍催化剂后，密度增大到1.062 g·L^-1(密度均在标态下换算)，试问反应后气体的成分是什么？原混合气体中各种气体的体积分数是多少?

Answer 1

解析：反应后混合气体的平均摩尔质量为 1.062 g·L^-1×22.4 L·mol^-1=23.8 g·mol^-1，C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆的相对分子质量分别为26、28、30，说明反应后混合气体中还有H₂、C₂H₂、C₂H₄在反应中耗尽。反应后混合气体由C₂H₆和H₂组成。

设：反应前混合气体物质的量为1 mol；其中 C₂H₄，C₂H₂的物质的量分别为x和y；则H₂的物质的量为1-x-y。

C₂H₄+H₂→C₂H₆        C₂H₂+2H₂→C₂H₆

  1       1       1              1       2        1

  x       x        x              y       2y       y

依题意有：

28 g·mol^-1×x+26 g·mol^-1×y+2 g·mol^-1×(1-x-y)=0.478 g·L^-1×22.4 L·mol^-1×1 mol

30 g·mol^-1×(x+y)+2 g·mol^-1×〔(1-x-y)-(2y+x)〕=1.062 g·L^-1×22.4 L·mol^-1×(1-x-2y)

解得：x=0.15 mol；y=0.20 mol

V (C₂H₄)％=0.15 mol/1 mol×100％=15％

V (C₂H₂)％=0.20 mol/1 mol×100％=20％

V (H₂)％=65％

答案：反应后混合气体由C₂H₆和H₂组成。原混合气体中C₂H₂，C₂H₄，H₂的体积分数分别为20％，15％，65％。