Question

石油裂化可得到汽油和石化工业的基础原料．A是石油裂化产物样品．
（1）A是一种烷烃，相对分子质量为114，则A的分子式为

 

．
假设汽油的成分就是A，空气中氧气的体积占五分之一，汽车内燃机中A与空气混合，用电火花不断引爆，燃烧产物全是气体．
空气与A的体积比为a，为使A充分燃烧，a的最小值为

 

．
若a值偏小，则汽车尾气中增多的污染气体的化学式为

 

，当a值减小10%时，尾气中产生该污染气体的体积分数为

 

．
若a值偏大，汽车尾气中增多的污染气体总称为

 

．
（2）B为乙烯、乙炔和氢气的混合气体，测得其在标准状况下的密度为0.478g/L，使该混合气体在加热的条件下通过镍催化剂并充分反应，再冷却到标准状况下测其密度为1.062g/L，试求出B中各气体的体积分数．

Answer 1

考点：有机物的推断,有关有机物分子式确定的计算

专题：有机物分子组成通式的应用规律

分析：（1）根据烷烃通式C_nH_2n+2可得，烷烃的相对分子量为：14n+2=114进行计算；
根据方程式计算出辛烷与氧气恰好反应时，辛烷与空气的体积比；
若a值偏小，氧气不足，会产生CO有毒气体，根据质量守恒判断系数书写化学方程式在进行计算；
若a值偏大，氧气过量，会产生NO、NO₂等氮的氧化物；
（2）B为乙烯、乙炔和氢气的混合气体，测得其在标准状况下的密度为0.478g/L，则平均分子质量=0.478×22.4=10.7；使该混合气体在加热的条件下通过镍催化剂并充分反应，再冷却到标准状况下测其密度为1.062g/L，则平均分子质量=1.062×22.4=23.8，比乙炔的相对分子量还小，说明反应后氢气还过量，所以反应后混合气体由C₂H₆和H₂组成，根据反应C₂H₄+H₂→C₂H₆，C₂H₂+2H₂→C₂H₆ 化学反应方程式进行计算．

解答： 解：（1）烷烃通式C_nH_2n+2可得，烷烃的相对分子量为：14n+2=114，解得n=8，所以分子式为：C₈H₁₈；
a值的推算依据：A为C₈H₁₈，为辛烷，则辛烷完全燃烧2C₈H₁₈+25O₂

点燃

16CO₂+18H₂O，则

V(C 8H 18)

1 5 V(空气)

=

2

25

，所以，a=

V(空气)

V(C 8H 18)

=

5×25

2

=62.5；
若a值偏小，空气与A的体积比＜a时，氧气不足，除生成CO₂和H₂O外，还会产生CO有毒气体，污染大气．设当燃烧1mol辛烷该污染气体含x molCO时，根据质量守恒，
反应方程式为C₈H₁₈+

1

2

（25-x）O₂

点燃

xCO+（8-x）CO₂+9H₂O，根据以上计算当完全燃烧1mol辛烷时，消耗空气为62.5mol，当a值减小10%时，只消耗空气为62.5×90%=56.25mol，则氧气为56.25×

1

5

=11.25，即

1

2

（25-x）=11.25，解得x=2.5，所以该污染气体的体积分数为

2.5

8

×100%=31.25%；
若a值偏大，氧气过量，在放电条件下，发生反应N₂+O₂

放电  .

2NO，2NO+O₂═2NO₂，会产生NO、NO₂有毒气体，污染大气；
故答案为：C₈H₁₈；62.5；CO；31.25%；氮的氧化物；
（2）B为乙烯、乙炔和氢气的混合气体，测得其在标准状况下的密度为0.478g/L，则平均分子质量=0.478×22.4=10.7；使该混合气体在加热的条件下通过镍催化剂并充分反应，再冷却到标准状况下测其密度为1.062g/L，则平均分子质量=1.062×22.4=23.8，比乙炔的相对分子量还小，说明反应氢气还过量，所以反应后混合气体由C₂H₆和H₂组成，根据反应C₂H₄+H₂→C₂H₆，C₂H₂+2H₂→C₂H₆
设反应后H₂的体积分数为x，则C₂H₆的体积分数为（1-x）．依题意：
2x+30×（1-x）=23.8，解得x=0.221．
又设反应前混合气体体积是YL，则同温、同压下反应后的气体体积为：0.478Y÷1.062=0.45YL．
反应后，H₂的体积为0.45Y×0.221=0.1YL，C₂H₆的体积为0.35Y L．
再设反应前混合气体中C₂H₄、C₂H₂、H₂分别为aL、bL、cL，根据化学反应方程式，有

a+b+c=Y a+b=0.35Y c-a-2b=0.1Y

解得a=0.15Y；b=0.2Y；c=0.65Y；
所以原混合气体中，C₂H₄、C₂H₂、H₂的体积分数分别为

0.15Y

Y

×100%=15%、

0.2Y

Y

×100%=20%、

0.65Y

Y

×100%=65%；答：C₂H₄、C₂H₂、H₂的体积分数分别为

0.15Y

Y

×100%=15%、

0.2Y

Y

×100%=20%、

0.65Y

Y

×100%=65%；

点评：本题主要考查了有关烃的分子式、燃烧的相关计算以及气体体积分数的计算，难度较大，关键在于找出辛烷与氧气恰好反应时，辛烷与空气的体积比和利用好标准状况下的密度是解答（2）的关键．