Question

9．由H₂、C₂H₂、C₂H₄組成的1L混合氣體在一定條件下發(fā)生加成反應(yīng)，反應(yīng)后氣體總體積變成xL（氣體體積均在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測定），請回答：
（1）當(dāng)反應(yīng)后三種氣體均無剩余時(shí)，x的取值范圍是多少？若x=0.4時(shí)，原混合氣體H₂、C₂H₂、C₂H₄的體積比是多少？
（2）當(dāng)x=0.6且反應(yīng)后混合氣體密度為0.714g/L時(shí)，原混合氣體H₂、C₂H₂、C₂H₄的體積比是多少？

Answer 1

分析 （1）由H₂、C₂H₂、C₂H₄組成的1L混合氣體在一定條件下發(fā)生加成反應(yīng)，方程式分別為2H₂+C₂H₂→C₂H₆，H₂+C₂H₄→C₂H₆，可利用端值法計(jì)算x的取值范圍，結(jié)合方程式計(jì)算x=0.4時(shí)，原混合氣體H₂、C₂H₂、C₂H₄的體積比；
（2）當(dāng)x=0.6且反應(yīng)后混合氣體密度為0.714g/L時(shí)，氣體的平均相對分子質(zhì)量為0.714×22.4=16，說明氫氣過量，反應(yīng)后的氣體為氫氣和乙烷，根據(jù)相對分子質(zhì)量計(jì)算二者的體積之比，可計(jì)算氫氣和乙烷的體積，然后利用反應(yīng)前后的體積關(guān)系列方程組計(jì)算體積比．

解答 解：（1）由H₂、C₂H₂、C₂H₄組成的1L混合氣體在一定條件下發(fā)生加成反應(yīng)，方程式分別為2H₂+C₂H₂→C₂H₆，H₂+C₂H₄→C₂H₆，由方程式可知，如果恰好是乙烯和氫氣加成，則x=0.5，如果恰好是乙炔和氫氣加成，則x=$\frac{1}{3}$，所以x的取值范圍是$\frac{1}{3}$＜x＜$\frac{1}{2}$，
設(shè)原混合氣體H₂、C₂H₂、C₂H₄的體積分別為x、y、z，則根據(jù)方程式可知$\left\{\begin{array}{l}{x+y+z=1}\\{2y+z=0.4}\\{y+z=0.4}\end{array}\right.$，
所以解得x=0.6，y=0.2，z=0.2，
因此混合氣體H₂、C₂H₂、C₂H₄的體積比是3：1：1，
答：原混合氣體H₂、C₂H₂、C₂H₄的體積比是3：1：1；
（2）當(dāng)x=0.6且反應(yīng)后混合氣體密度為0.714g/L時(shí)，氣體的平均相對分子質(zhì)量為0.714×22.4=16，說明氫氣過量，因此反應(yīng)后的氣體是乙烷和氫氣的混合氣，則二者的體積之比是$\frac{16-2}{30-16}$=1：1，所以反應(yīng)后含有0.3L氫氣和0.3L乙烷，
設(shè)原混合氣體H₂、C₂H₂、C₂H₄的體積分別為a、b、c，
則a+b+c=1，b+c=0.3，所以a=0.7，又因?yàn)?b+c=0.7-0.3=0.4，所以c=0.1，則b=0.2，
因此原混合氣體H₂、C₂H₂、C₂H₄的體積比為7：2：1，
答：原混合氣體H₂、C₂H₂、C₂H₄的體積比是7：2：1．

點(diǎn)評 本題考查了混合物反應(yīng)的計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，題目難度中等，明確掌握極值法、十字相乘法在化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用為解答關(guān)鍵，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計(jì)算能力．