Question

4．如圖，一密閉氣缸被一不漏氣可滑動的活塞隔成兩部分，左室充有氮氣，右室充有混合氣體．在室溫下將右室的氣體點燃，反應后冷卻至原室溫，活塞最終靜止于氣缸的某一點（液體體積忽略不計）．
（1）若右室反應前充有H₂和Cl₂，點燃后恰好完全反應生成HCl氣體，冷卻至原室溫，活塞最終靜止于氣缸1處；（填“1”、“2”、“3”、“4”或者“0-1”、“1-2”、“2-3”、“3-4”）
（2）若右室反應前充有H₂和O₂（H₂和O₂的物質的量比為2：1），點燃后完全反應，冷卻至原室溫，活塞最終靜止于氣缸4處；
（3）若右室反應前充有H₂和O₂，點燃后完全反應，冷卻至原室溫，活塞最終靜止于氣缸的“2”處，則原來H₂和O₂的物質的量之比可能是多少？（請寫出解題過程）

Answer 1

分析 （1）左室中氮氣的物質的量不變，令開始氮氣的物質的量為1mol，左右兩室壓強相同，體積之比等于物質的量之比，則由圖反應前混合氣體的總物質的量為3mol，而氫氣和氯氣反應的方程式可知：H₂+Cl₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2HCl，可知反應前后氣體的物質的量不變；
（2）由反應方程式可知：2H₂+O₂=2H₂O，而 H₂和O₂的物質的量比為2：1，所以兩者恰好完全反應室溫下生成液態(tài)水，所以右邊的氣體體積為0，由此分析解答；（3）若右室反應前充有H₂和O₂，點燃后完全反應，冷卻至原室溫，活塞最終靜止于氣缸的“2”處，說明右混合氣體反應后剩余1mol，氣體的物質的量減少3mol-1mol=2mol，根據差量法計算，原混合氣體中氫氣、氧氣的物質的量，進而計算體積比．

解答 解：（1）左室中氮氣的物質的量不變，令開始氮氣的物質的量為1mol，左右兩室壓強相同，體積之比等于物質的量之比，則由圖反應前混合氣體的總物質的量為3mol，而氫氣和氯氣反應的方程式可知：H₂+Cl₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2HCl，可知反應前后氣體的物質的量不變，所以活塞最終靜止于氣缸1處，故答案為：1；
（2）由反應方程式可知：2H₂+O₂=2H₂O，而 H₂和O₂的物質的量比為2：1，所以兩者恰好完全反應室溫下生成液態(tài)水，所以右邊的氣體體積為0，所以活塞最終靜止于氣缸4處，故答案為：4；
（3）2H₂ +O₂=2H₂O  氣體物質的量減少△n
     2    1           3
    $\frac{4}{3}$ml  $\frac{2}{3}$mol       3mol-1mol=2mol
若剩余氣體為氫氣，則原混合氣體中氧氣為$\frac{2}{3}$mol，則氫氣為3mol-$\frac{2}{3}$mol=$\frac{7}{3}$mol，H₂和O₂的體積比為$\frac{7}{3}$mol：$\frac{2}{3}$mol=7：2，
若剩余氣體是氧氣，則原混合氣體中氫氣為$\frac{4}{3}$mol，則氫氣為3mol-$\frac{4}{3}$mol=$\frac{5}{3}$mol，H₂和O₂的體積比為$\frac{4}{3}$mol：$\frac{5}{3}$mol=4：5，
答：原來H₂和O₂的物質的量之比可能是4：5和7：2．

點評 本題考查化學計算、阿伏伽德羅定律等，難度中等，根據左室氮氣的物質的量利用體積判斷右室氣體的物質的量是關鍵．