Question

10．生态农业涉及农家废料的综合利用，某种肥料经发酵得到一种含甲烷、二氧化碳、氮气的混合气体．2.24L（标准状况）该气体通过盛有红热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4.8g．将反应后产生的气体通入过量的澄清石灰水中，充分吸收，生成沉淀9g．
（1）原混合气体中甲烷的物质的量是多少？
（2）原混合气体中氮气的质量是多少？

Answer 1

分析 （1）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）根据n=$\frac{V}{{V}_{m}}$计算混合气体的物质的量，将反应后气体通入足量澄清Ca（OH）₂溶液，充分吸收，生成的9g沉淀为CaCO₃，根据n=$\frac{m}{M}$计算碳酸钙的物质的量，可知反应后的二氧化碳总的物质的量，根据甲烷的物质的量计算反应生成的二氧化碳的物质的量，进而计算原混合气体中二氧化碳的物质的量；然后根据气体总物质的量、甲烷的物质的量、二氧化碳的物质的量计算出氮气的物质的量，最后根据m=nM计算出氮气的质量．

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，减少的质量为氧元素的质量，则：
CH₄+4CuO=CO₂+2H₂O+4Cu   质量减轻△m
 1mol                                             16×4g
 x                                                   4.8g，
解得：x=$\frac{4.8g×1mol}{64g}$=0.075mol，
答：原混合气体中甲烷的物质的量为0.075mol；
（2）混合气体的物质的量为：$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，
将反应后气体通入过量澄清Ca（OH）₂溶液，充分吸收，生成9g沉淀是CaCO₃，碳酸钙的物质的量为：$\frac{9g}{100g/mol}$=0.09mol，故反应后的二氧化碳总的物质的量为0.09mol，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：0.09mol-0.075mol=0.015mol，
原混合气体中氮气的物质的量为：0.1mol-0.075mol-0.015mol=0.01mol，质量为：28g/mol×0.01mol=0.28g，
答：原混合气体中氮气的质量是0.28g．

点评 本题考查了混合物的有关计算，题目难度中等，明确发生反应的实质为解答关键，注意掌握守恒思想在化学计算中的应用方法，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．