Question

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甲烷、CO₂、氮气的混合气体．2.016升（标准状况）该气体通过盛有红热CuO粉末的硬质玻璃管，发生反应：CH₄+4CuO

△   .

CO₂+2H₂O+4Cu．当CH₄完全反应后，硬质玻璃管的质量减轻4.8克．将该反应后产生的气体通过过量澄清石灰水中，充分吸收，生成沉淀8.5克．
（1）原混合气体中CH₄的物质的量为

 

mol；
（2）原混合气体中N₂的体积分数为

 

．

Answer 1

考点：有关混合物反应的计算

专题：计算题

分析：（1）由发生的反应为CH₄+4CuO

△   .

CO₂+2H₂O+4Cu，当甲烷完全反应后，硬质玻璃管的质量减轻4.8g，可知减少的质量为氧元素的质量，利用差量法计算甲烷的物质的量；
（2）将反应后产生的气体通过过量的澄清石灰水中，充分吸收，生成沉淀8.5g，可知二氧化碳的物质的量，利用气体的总物质的量、甲烷、二氧化碳的物质的量来计算氮气的物质的量，最后计算氮气的体积分数．

解答： 解：（1）设甲烷的物质的量为x，当甲烷完全反应后，硬质玻璃管的质量减轻4.8g，
则：CH₄+4CuO

△   .

CO₂+2H₂O+4Cu△m
    1                        16×4g
    x                         4.8g
所以：

1

x

=

16×4g

4.8g

，
解得：x=0.075mol，
故答案为：0.075mol；            
（2）由反应后产生的气体通过过量的澄清石灰水中，充分吸收，生成沉淀8.5g，沉淀为碳酸钙，
由C原子守恒可知，n（CO₂）=n（CaCO₃）=

8.5g

100g/mol

=0.085mol，
CH₄ +4CuO

△   .

CO₂ +2H₂O+4Cu  
0.075mol    0.075mol
则原混合气体中二氧化碳的物质的量为：n（CO₂）=0.085mol-0.075mol=0.01mol，
混合气体的总物质的量为

2.016L

22.4L/mol

=0.09mol，
所以氮气的物质的量为：0.09mol-0.01mol-0.075mol=0.005mol，
相同条件下，气体的体积之比等于物质的量之比，则原混合气体中氮气的体积分数为：

0.005mol

0.09mol

×100%=5.56%，
答：原混合气体中氮气的体积分数为5.56%．

点评：本题考查学生了利用化学反应方程式的计算，明确参加的化学反应及原子守恒是解答本题的关键，难度不大，注意生成碳酸钙沉淀的二氧化碳有两个来源即可解答．