Question

12．有一混合气体．系由一气态烷烃和气态单烯烃混合而成，它对氢气的相对密度为12．把此混合气体1体积和4体积氧气混合，置于一密闭容器中，用电火花引燃，使二种烃都充分燃烧，然后冷却到原来温度（高于100℃），燃烧前后的压强之比为1：1.04．试问它们是什么烃？并求它们各占的体积百分比．

Answer 1

分析 气态烷烃和气态单烯烃混合气体对氢气的相对密度为12，则混合气体的平均相对分子质量为12×2=24，由于烯烃中乙烯的相对分子质量最小为28，故一定含有甲烷，反应后冷却到原来的温度（高于100℃）混合气体的压强增大，则混合气体的体积增大，而氢原子数为4的烃燃烧冷却到原来温度（高于水沸点）体积不变，则体积增大由烯烃燃烧导致，设烯烃的组成为C_nH_2n，其体积为x，则CH₄体积为1-x，结合燃烧方程式表示出气体体积增大，再结合体积增大及平均相对分子质量列方程计算解答．

解答 解：气态烷烃和气态单烯烃混合气体对氢气的相对密度为12，则混合气体的平均相对分子质量为12×2=24，由于烯烃中乙烯的相对分子质量最小为28，故一定含有甲烷，
反应后冷却到原来的温度（高于100℃）混合气体的压强增大，则混合气体的体积增大，而氢原子数为4的烃燃烧冷却到原来温度（高于水沸点）体积不变，则体积增大由烯烃燃烧导致，
设烯烃的组成为C_nH_2n，其体积为x，则CH₄体积为1-x，则：
CH₄（气）+2O₂（气）=CO₂（气）+2H₂O（气）
C_nH_2n（气）+$\frac{3n}{2}$O₂（气）=nCO₂（气）+nH₂O（气） 体积增大△V
1                                           $\frac{n}{2}$-1
x                                         x（$\frac{n}{2}$-1）
由体积改变可得：x（$\frac{n}{2}$-1）=5×（1.04-1）=0.2
由混合烃的相对平均分子质量可得：16（1-x）+（12n+2n）x=24
联立方程，解得：x=0.2，n=4
故混合烃中烯烃为C₄H₈，其占有的体积为20%，烷烃为CH₄，占有体积为（1-0.2）×100%=80%，
答：混合烃中烯烃为C₄H₈，其占有的体积为20%，烷烃为CH₄，占有体积为（1-0.2）×100%=80%．

点评 本题考查混合物计算，关键是确定含有甲烷及烯烃燃烧导致体积增大，学生容易只考虑H原子数目判断烯烃为丙烯或丁烯，忽略验证相对分子质量是否满足，题目利用方程组进行解答可以避免上述问题．