Question

由CO₂、H₂O（g）组成的混合气体共a mol，其中CO₂的物质的量分数为x．将该混合气体缓慢通过装有1mol Na₂O₂的真空管，充分反应后，维持120℃、1.01×10⁵Pa．收集所得气体，冷却、称量，真空管中固体质量增加y g．
（1）若a=1，则y=______（用含x代数式表示）；
（2）若a=2，x=0.5时，反应后所得气体的成份是______；
（3）若a=2，y=28时，则x的取值范围______；
（4）若a=1.25，试在图中作出y与x的关系曲线，并在y轴标明曲线起点和终点的数值．

Answer 1

解：（1）由反应2CO₂+2Na₂O₂=2Na₂CO₃+O₂，2H₂O+2Na₂O₂=4NaOH+O₂↑可知，气体与过氧化钠都按1：1反应，a=1时，混合气体与过氧化钠恰好反应，n（CO₂）=ax=x，固体增重为y=28n（CO₂）+2[1-n（CO₂）]=28x+2（1-x）=26x+2，故答案为：26x+2；
（2）a=2，x=0.5时，n（CO₂）=1mol，二氧化碳与过氧化钠恰好反应，水不反应，从Na₂O₂的真空管出来的气体有氧气、水蒸气，故答案为：氧气、水；
（3）a=2，y=28时，若x≥0.5，水不参加反应，根据过氧化钠计算增重为y=28n（Na₂O₂）=28，故0.5≤x＜1，固体增重28g；
若＜0.5，二氧化碳完全反应，参加反应的水为[1-n（CO₂）]mol，所以固体增重为y=28n（CO₂）+2[1-n（CO₂）]=28×2x+2（1-2x）=28，解得x=2，不符合题意，
故答案为：0.5≤x＜1；
（4）当a=1.25时，若x≥0.8，水不参加反应，根据过氧化钠计算增重为y=28n（Na₂O₂）=28；
若x＜0.8，二氧化碳完全反应，参加反应的水为[1-n（CO₂）]mol，所以固体增重为y=28n（CO₂）+2[1-n（CO₂）]=28×2x+2（1-2x）=52x+2，当x=0时中含有氢气，y=2，y与x的关系曲线图为：
，故答案为：．
分析：一定量的CO₂、H₂O（g）组成的混合气体与过氧化钠反应，可以看做CO₂先与过氧化钠反应，CO₂反应完毕，H₂O（g）再与过氧化钠反应，发生反应2CO₂+2Na₂O₂=2Na₂CO₃+O₂，固体增加的质量相当于与二氧化碳等物质的量的CO的质量，2H₂O+2Na₂O₂=4NaOH+O₂↑，固体增加的质量为相当于与水等物质的量的H₂的质量，根据过氧化钠的物质的量讨论二氧化碳恰好反应时x的值，根据x的值分情况讨论，以此解答．
（1）a=1时，混合气体与过氧化钠恰好反应；
（2）a=2，x=0.5时，n（CO₂）=1mol，二氧化碳与过氧化钠恰好反应，水不反应；
（3）a=2，y=28时，若x≥0.5，水不参加反应，根据过氧化钠计算增重为y=28n（Na₂O₂），若＜0.5，二氧化碳完全反应，参加反应的水为[1-n（CO₂）]mol，所以固体增重为y=28n（CO₂）+2[1-n（CO₂）]；
（4）当a=1.25时，若x≥0.8，水不参加反应，根据过氧化钠计算增重为y=28n（Na₂O₂），若x＜0.8，二氧化碳完全反应，参加反应的水为[1-n（CO₂）]mol，所以固体增重为y=28n（CO₂）+2[1-n（CO₂）]；
过氧化钠不足量，采用极限法确定y与x的关系曲线，当气体全部为氢气时，计算y的质量，当气体全部为二氧化碳时，计算y的质量．
点评：本题考查混合物的计算，难度中等，将反应设计为CO₂先与过氧化钠反应，CO₂反应完毕，H₂O（g）再与过氧化钠反应是解题的关键，再判断二氧化碳恰好反应计算x的值，进行讨论．