Question

18．生態(tài)農業(yè)涉及農家肥料的綜合利用．某種肥料經發(fā)酵得到一種含有甲烷、二氧化碳、氮氣的混合氣體8.96L（標準狀況）．該氣體通過盛有紅色CuO粉末的硬質玻璃管，發(fā)生的反應為：CH₄+4CuO═CO₂↑+2H₂O↑+4Cu．當甲烷完全反應后，硬質玻璃管的質量減輕了4.8g．將反應后氣體通入足量的澄清石灰水，充分吸收，生成沉淀10g．
（1）在CH₄+4CuO═CO₂↑+2H₂O↑+4Cu中氧化劑與還原劑的物質的量之比為4：1．
（2）原混合氣體的物質的量是0.4mol；生成沉淀的摩爾質量是100g/mol．
（3）原混合氣體中甲烷在標準狀況的體積是1.68 L，N₂的物質的量0.3mol．

Answer 1

分析 （1）反應CH₄中C元素的化合價升高，CuO中Cu元素的化合價降低；
（2）根據(jù)n=$\frac{V}{22.4L/mol}$計算原混合氣體的物質的量；二氧化碳與澄清石灰水生成碳酸鈣；
（3）發(fā)生的反應為：CH₄+4CuO=CO₂↑+2H₂O↑+4Cu，當甲烷完全反應后，硬質玻璃管的質量減輕4.8g，可知減少的質量為氧元素的質量，利用差量法計算甲烷的物質的量，根據(jù)V=nVm計算甲烷的體積；二氧化碳部分轉化為CaCO₃，生成10g沉淀是CaCO₃，再根據(jù)碳元素守恒計算反應后的二氧化碳總的物質的量，減去反應生成的二氧化碳的物質的量即為原混合氣體中二氧化碳的物質的量，計算二氧化碳體積，進而計算氮氣的體積．

解答 解：（1）反應CH₄中C元素的化合價升高，為還原劑，CuO中Cu元素的化合價降低為氧化劑，則CH₄+4CuO═CO₂↑+2H₂O↑+4Cu中氧化劑與還原劑的物質的量之比為4：1；
故答案為：4：1；
（2）混合氣體的物質的量為：$\frac{8.96L}{22.4L/mol}$=0.4mol，二氧化碳與澄清石灰水生成碳酸鈣，碳酸鈣的摩爾質量為100g/mol；
故答案為：0.4mol；100g/mol；
（3）設甲烷的物質的量為x，當甲烷完全反應后，硬質玻璃管的質量減輕4.8g，則：
CH₄+4CuO=CO₂+2H₂O+4Cu 質量減輕△m
1mol                    16×4g
x                       4.8g，
解得：x=$\frac{4.8g×1mol}{64g}$=0.075mol，
原混合氣體中甲烷的物質的量為0.075mol，標況下的體積為：0.075mol×22.4L/mol=1.68L，
二氧化碳全部轉化為CaCO₃，生成10g沉淀是CaCO₃，碳酸鈣的物質的量為：$\frac{10g}{100g/mol}$=0.1mol，故反應后的二氧化碳總的物質的量為0.1mol，甲烷反應生成的二氧化碳的物質的量為0.075mol，故原混合氣體中二氧化碳的物質的量為0.1mol-0.075mol=0.025mol，原混合物中CO₂的體積為0.025mol×22.4L/mol=0.56L，故原混合氣體中氮氣的體積為：8.96L-1.68L-0.56L=6.72L，其物質的量為0.3mol；
故答案為：1.68L；0.3mol．

點評 本題考查了氧化還原反應、混合物的有關計算，題目難度中等，注意掌握有關混合物反應的計算方法，側重于基礎知識的綜合應用能力考查和計算能力的考查．