Question

16．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．4.48L（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9.6g．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18g．
（1）原混合气体中甲烷的质量是多少？
（2）原混合气体中氮气的物质的量是多少？

Answer 1

分析 （1）由反应CH₄+4CuO=CO₂+2H₂O+4Cu，当甲烷完全反应后，硬质玻璃管的质量减轻9.6g，可知减少的质量为CuO中氧元素的质量，利用差量法计算甲烷的物质的量，再根据m=nM计算甲烷质量；
（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为CaCO₃的质量，可知二氧化碳总的物质的量，根据碳元素守恒计算原混合气体中二氧化碳物质的量，再计算氮气物质的量．

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9.6g，则：
CH₄+4CuO=CO₂+2H₂O+4Cu△m
1mol                 16×4g   
x                    9.6g
所以x=$\frac{1mol×9.6g}{64g}$=0.15mol，
故甲烷的质量为0.15mol×16g/mol=2.4g
答：原混合气体中甲烷的质量2.4g；
（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18g为CaCO₃的质量，由C原子守恒可知：n_总（CO₂）=n（CaCO₃）=$\frac{18g}{100g/mol}$=0.18mol，
根据碳原子守恒，则原混合气体中n（CO₂）=0.18mol-0.15mol=0.03mol，
原混合气体的总物质的量为 $\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，
所以氮气的物质的量为：0.2mol-0.15mol-0.03mol=0.02mol，
答：原混合气体中氮气的物质的量为0.02mol．

点评 本题考查化学反应方程式的计算，注意利用差量法、守恒法进行解答，难度不大，注意生成碳酸钙沉淀的二氧化碳来源．