Question

4．如图所示，一密闭容器被无摩擦、可滑动的两隔板a、b分成甲、乙两室；标准状况下，在乙室中充入NH₃ 0.4mol，甲室中充入HCl、N₂的混合气体，静止时隔板位置如图所示．已知甲、乙两室中气体的质量差为17.3g．

（1）甲室中气体的物质的量为0.8mol，质量为24.1g．
（2）甲室中HCl、N₂的物质的量之比为1：3，该混合气体的密度为同温同压下氢气密度的15 倍．
（3）将隔板a去掉，当HCl与NH₃充分反应生成NH₄Cl固体后（仅发生此反应：HCl+NH₃=NH₄Cl），隔板b将位于刻度“4”处（填数字，不考虑固体物质产生的压强），此时体系中气体的平均摩尔质量为25.25g/mol．

Answer 1

分析 （1）相同条件下气体体积与物质的量成正比，据此计算出甲中气体物质的量；
乙室中充入NH₃，根据m=nM求出氨气的质量，根据质量差求出甲中气体的质量；
（2）根据甲室中气体的物质的量和质量计算HCl和氮气的物质的量之比；计算出甲中混合气体的平均摩尔质量，然后根据密度与摩尔质量成正比计算；
（3）根据剩余气体的物质的量计算剩余气体所占体积，从而确定b的位置，根据M=$\frac{m}{n}$计算．

解答 解：（1）相同条件下，气体的物质的量之比等于其体积之比，看图可知甲、乙两室气体的体积比为2：1，故其物质的量之比为2：1，在乙室中充入NH₃ 0.4mol，所以甲室中气体为0.8mol；
乙室中充入NH₃，则氨气的质量为m=nM=0.4mol×17g/mol=6.8g，已知甲、乙两室中气体的质量差为17.3g，则甲中气体的质量为：17.3g+6.8g=24.1g，
故答案为：0.8；24.1；
（2）根据（1）可知甲室中气体为0.8mol，甲中气体的质量为24.1g，
设HCl的物质的量为x，氮气的物质的量为y，
根据其物质的量、质量列方程组为：$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.8}\\{36.5+28y=24.1}\end{array}\right.$，解得：x=0.2mol，y=0.6mol，所以HCl、N₂的物质的量之比为0.2mol：0.6mol=1：3；
甲室中气体的平均摩尔质量为：$\frac{36.5×1+28×3}{4}$=30.125（g/mol），相同条件下密度与摩尔质量成正比，则该混合气体的密度为同温同压下氢气密度的倍数为：$\frac{30.125g/mol}{2g/mol}$≈15，
故答案为：1：3；15；
（3）乙室中NH₃的物质的量为0.4mol，甲中HCl的物质的量为0.2mol，所以反应生成NH₄Cl固体，剩余NH₃的物质的量为0.2mol，剩余的气体总物质的量为0.8mol，相同条件下，气体的体积之比等于其物质的量之比，开始时气体总物质的量为1.2mol，其活塞b在6处，现在气体总物质的量为0.8mol，所以活塞b将会左移至“4”处；体系的平均摩尔质量为：M=$\frac{m}{n}$=$\frac{0.2mol×17g/mol+0.6mol×28g/mol}{0.2mol+0.6mol}$=25.25g/mol；
故答案为：4；25.25．

点评 本题考查阿伏伽德罗定律及推论的应用，把握物质的量为中心的基本计算公式及明确相同条件下气体的体积之比等于物质的量之比为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，题目难度中等．