Question

5．在一密闭容器中混有CO₂、CO、H₂三种气体，其平均式量为26.25，投入足量的Na₂O₂（体积不计）不断用电火花引燃至反应停止，恢复到原温度时，容器内的压强为原来的25%，则混合气体中CO的体积分数为（　　）

• A． 20%
• B． 12.5%
• C． 17.5%
• D． 25%

Answer 1

分析 Na₂O₂与CO₂反应：2CO₂+2Na₂O₂=2Na₂CO₃+O₂，CO与H₂在氧气中完全燃烧，生成CO₂和H₂O，生成的CO₂和H₂O再与Na₂O₂反应：2CO+O₂ $\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2CO₂，一氧化碳与二氧化碳物质的量相等，Na₂O₂与CO₂反应：2CO₂+2Na₂O₂=2Na₂CO₃+O₂，质量增重△m=2Na₂CO₃-2Na₂O₂=2CO，可知反应后固体质量增加量为CO的质量；2H₂+O₂ $\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2H₂O，生成的水与氢气物质的量相等，Na₂O₂与H₂O反应：2H₂O+2Na₂O₂=4NaOH+O₂，质量增重△m=2H₂O-O₂=2H₂，可知反应后固体增加的质量为氢气质量，相当于是H₂、CO与过氧化钠直接发生化合反应，恢复到原温度，容器内的压强为原来的$\frac{1}{4}$，剩余气体只能为O₂，不可能为H₂或CO，设反应后生成氧气的物质的量为n，则反应前气体总物质的量为4n，根据反应2CO₂+2Na₂O₂=2Na₂CO₃+O₂可知二氧化碳的物质的量为2n，再设出CO、氢气的物质的量，然后结合平均式量列式计算．

解答 解：Na₂O₂与CO₂反应方程式为：2CO₂+2Na₂O₂=2Na₂CO₃+O₂，
CO与H₂在氧气中完全燃烧生成CO₂和H₂O，生成的CO₂和H₂O再与Na₂O₂反应：2CO+O₂ $\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2CO₂，一氧化碳与二氧化碳物质的量相等，Na₂O₂与CO₂反应：2CO₂+2Na₂O₂=2Na₂CO₃+O₂，质量增重△m=2Na₂CO₃-2Na₂O₂=2CO，可知反应后固体质量增加量为CO的质量，说明CO完全转化成固体；
氢气燃烧反应为：2H₂+O₂ $\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2H₂O，生成的水与氢气物质的量相等，Na₂O₂与H₂O反应：2H₂O+2Na₂O₂=4NaOH+O₂，质量增重△m=2H₂O-O₂=2H₂，可知反应后固体增加的质量为氢气质量，氢气在反应后完全转化成固体；
混合气体中的H₂、CO与过氧化钠直接发生化合反应转化成固体，恢复到原温度容器内的压强为原来的$\frac{1}{4}$，则剩余气体只能为O₂，设反应后生成氧气的物质的量为n，
则反应前气体总物质的量为4n，根据反应2CO₂+2Na₂O₂=2Na₂CO₃+O₂可知二氧化碳的物质的量为2n，
设原混合气体中H₂、CO的物质的量分别为x、y，原混合气体中CO₂、CO、H₂三种气体的平均式量为26.25，则①$\frac{44×2n+2x+28y}{2n+x+y}$=26.25，CO和氢气的总物质的量为：②x+y=4n-2n=2n，联立①②解得：$\left\{\begin{array}{l}{x=1.5n}\\{y=0.5n}\end{array}\right.$，
所以原混合气体中CO的体积分数为：$\frac{0.5n}{4n}$×100%=12.5%，
故选B．

点评 本题考查了混合物反应的计算，题目难度中等，明确发生反应的实质为解答关键，注意掌握平均式量的含义及计算方法，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．