Question

19．有丁炔和氢气的混合气体5L，在催化剂作用下，经充分反应后体积变为VL（所有气体均在同温同压下测定）．
（1）若H₂体积为1L，计算反应后的体积．
（2）若H₂在混合气体中的体积分数为x，计算x为不同值时反应后的体积V（用x表示）．
（3）在图中画出V随x变化的曲线．

Answer 1

分析 丙炔的分子式为C₄H₆，与氢气发生的反应有：①C₄H₆+H₂→C₄H₈②C₄H₈+H₂→C₄H₁₀③C₄H₆+2H₂→C₄H₁₀，
当V（C₄H₆）：V（H₂）≥1时，反应仅按照①进行；当V（C₄H₆）：V（H₂）≤$\frac{1}{2}$时，反应按③进行；当$\frac{1}{2}$＜V（C₄H₆）：V（H₂）＜1时，部分按①进行，部分按③反应，
当V（C₄H₆）：V（H₂）≥$\frac{1}{2}$时，无论发生①或③，得到的产物是C₄H₈还是C₄H₁₀或它们的混合物，剩余气体的体积等于反应物C₄H₆的体积，
当V（C₄H₆）：V（H₂）＜$\frac{1}{2}$时，氢气过量，剩余气体为的C₄H₁₀和H₂的混合物，气体体积为C₄H₆和剩余H₂的混合物，
（1）若恰好反应，则V（C₄H₆）：V（H₂）=1：2，据此计算x；
（2）当氢气不足，则V（C₄H₆）：V（H₂）≥$\frac{1}{2}$时，即x≤$\frac{2}{3}$，得到的产物是C₄H₈、C₄H₁₀或它们的混合物，剩余气体的体积等于反应物C₄H₆的体积；
当氢气过量，则V（C₄H₆）：V（H₂）≤$\frac{1}{2}$时，即x＞$\frac{2}{3}$，氢气过量，剩余气体的气体体积为C₄H₆和剩余H₂的混合物；
（3）当x=$\frac{2}{3}$，混合气体体积达到最小值，x＞$\frac{2}{3}$，随着x的增加，混合气体体积V逐渐增大，当x≤$\frac{2}{3}$，随着x增大气体体积V逐渐减小，据此画出x为不同值时反应后的体积V的图象．

解答 解：（1）若H₂体积为1L，则丁炔为4L，发生的反应C₄H₆+H₂→C₄H₈，减少的体积是氢气的体积，所以反应后的体积为：5L-1L=4L，答：反应后的体积为：4L；（2）当V（C₄H₆）：V（H₂）＜$\frac{1}{2}$时，即x＞$\frac{2}{3}$，氢气过量，剩余气体的气体体积为C₄H₆和剩余H₂的混合物，V=V（C₄H₆）+V_剩余（H₂）=5（1-x）L+5x-2×5（1-x）=10x-5，
当氢气不足，V（C₄H₆）：V（H₂）≥$\frac{1}{2}$时，即x≤$\frac{2}{3}$，得到的产物是C₄H₈或C₄H₁₀或二者的混合物，剩余气体的体积等于反应物C₄H₆的体积，V=V（C₃H₄）=5（1-x）L，答：氢气过量，V=10x-5；当氢气不足，V=5（1-x）；
（3）当x=$\frac{2}{3}$时，混合气体体积达到最小值，x＞$\frac{2}{3}$，随着x的增加，混合气体体积V逐渐增大，当x≤$\frac{2}{3}$，随着x增大气体体积V逐渐减小，据此画出x为不同值时反应后的体积V的图象为：，
答：x为不同值时反应后的体积V的图象为．

点评 本题考查了有关范围讨论的化学计算，题目难度较大，正确书写反应原理并反应反应特点为解答本题的关键，注意掌握有关范围讨论的计算方法，试题培养了学生的分析、理解能力．