Question

16．現(xiàn)有丙炔和氫氣的混合氣體5L，其中氫氣在混合氣體中的體積分數為x，在催化劑作用下，經充分反應后得到的氣體的體積為V L（所有體積均在同溫同壓下測定）．
（1）若丙炔和氫氣剛好完全反應，x=$\frac{2}{3}$．
（2）若氫氣過量，則V與x的關系是V=10x-5；若氫氣不足，則V與x的關系是V=5（1-x）．
（3）根據上述計算結果，在圖上畫出V隨x變化的曲線．

Answer 1

分析 丙炔的分子式為C₃H₄，與氫氣發(fā)生的反應有：①C₃H₄+H₂→C₃H₆②C₃H₆+H₂→C₃H₈③C₃H₄+2H₂→C₃H₈，
當V（C₃H₄）：V（H₂）≥1時，反應僅按照①進行；當V（C₃H₄）：V（H₂）≤$\frac{1}{2}$時，反應按③進行；當$\frac{1}{2}$＜V（C₃H₄）：V（H₂）＜1時，部分按①進行，部分按③反應，
當V（C₃H₄）：V（H₂）≥$\frac{1}{2}$時，無論發(fā)生①或③，得到的產物是C₃H₆還是C₃H₈或它們的混合物，剩余氣體的體積等于反應物C₃H₄的體積，
當V（C₃H₄）：V（H₂）＜$\frac{1}{2}$時，氫氣過量，剩余氣體為的C₃H₈和H₂的混合物，氣體體積為C₃H₄和剩余H₂的混合物，
（1）若恰好反應，則V（C₃H₄）：V（H₂）=1：2，據此計算x；
（2）當氫氣不足，則V（C₃H₄）：V（H₂）≥$\frac{1}{2}$時，即x≤$\frac{2}{3}$，得到的產物是C₃H₆、C₃H₈或它們的混合物，剩余氣體的體積等于反應物C₃H₄的體積；
當氫氣過量，則V（C₃H₄）：V（H₂）≤$\frac{1}{2}$時，即x＞$\frac{2}{3}$，氫氣過量，剩余氣體的氣體體積為C₃H₄和剩余H₂的混合物；
（3）當x=$\frac{2}{3}$，混合氣體體積達到最小值，x＞$\frac{2}{3}$，隨著x的增加，混合氣體體積V逐漸增大，當x≤$\frac{2}{3}$，隨著x增大氣體體積V逐漸減小，據此畫出x為不同值時反應后的體積V的圖象．

解答 解：丙炔的分子式為C₃H₄，與氫氣發(fā)生的反應有：①C₃H₄+H₂→C₃H₆②C₃H₆+H₂→C₃H₈③C₃H₄+2H₂→C₃H₈，
當V（C₃H₄）：V（H₂）≥1時，反應僅按照①進行；當V（C₃H₄）：V（H₂）≤$\frac{1}{2}$時，反應按③進行；當$\frac{1}{2}$＜V（C₃H₄）：V（H₂）＜1時，部分按①進行，部分按③反應，
當V（C₃H₄）：V（H₂）≥$\frac{1}{2}$時，無論發(fā)生①或③，得到的產物是C₃H₆還是C₃H₈或它們的混合物，剩余氣體的體積等于反應物C₃H₄的體積，
當V（C₃H₄）：V（H₂）＜$\frac{1}{2}$時，氫氣過量，剩余氣體為的C₃H₈和H₂的混合物，氣體體積為C₃H₄和剩余H₂的混合物，
（1）若恰好反應，根據反應C₃H₄+2H₂→C₃H₈可知：V（C₃H₄）：V（H₂）=1：2，則x=$\frac{2}{3}$，故答案為：$\frac{2}{3}$；
（2）當V（C₃H₄）：V（H₂）＜$\frac{1}{2}$時，即x＞$\frac{2}{3}$，氫氣過量，剩余氣體的氣體體積為C₃H₄和剩余H₂的混合物，V=V（C₃H₄）+V_剩余（H₂）=5（1-x）L+5x-2×5（1-x）=10x-5，
當氫氣不足，V（C₃H₄）：V（H₂）≥$\frac{1}{2}$時，即x≤$\frac{2}{3}$，得到的產物是C₃H₆或C₃H₈或二者的混合物，剩余氣體的體積等于反應物C₃H₄的體積，V=V（C₃H₄）=5（1-x）L，
故答案為：V=10x-5；V=5（1-x）；
（3）當x=$\frac{2}{3}$時，混合氣體體積達到最小值，x＞$\frac{2}{3}$，隨著x的增加，混合氣體體積V逐漸增大，當x≤$\frac{2}{3}$，隨著x增大氣體體積V逐漸減小，據此畫出x為不同值時反應后的體積V的圖象為：，
答：x為不同值時反應后的體積V的圖象為．

點評 本題考查了有關范圍討論的化學計算，題目難度較大，正確書寫反應原理并反應反應特點為解答本題的關鍵，注意掌握有關范圍討論的計算方法，試題培養(yǎng)了學生的分析、理解能力．