Question

丁烷在一定條件下可以按兩種方式裂化，C₄H₁₀→CH₄+C₃H₆；C₄H₁₀→C₂H₄+C₂H₆，現(xiàn)對發(fā)生裂化反應(yīng)后的裂化氣（不含丁烷）進行研究．
（1）探究裂化氣的熱值已知：

氣體	CH4	C2H6	C2H4	C3H6
燃燒熱/kJ?mol-1	Q1	Q2	Q3	Q4

①若448 L（標準狀況）裂化氣充分燃燒放出熱量Q kJ，則Q的取值范圍介于：

 

（用Q₁、Q₂、Q₃、Q₄表示，下同）．
②若將448 L氣體（標準狀況）緩緩?fù)ㄟ^盛有足量溴的四氯化碳溶液中，發(fā)現(xiàn)洗氣瓶增重336 g．則448 L（標準狀況）氣體完全燃燒放出的熱量Q=

 

kJ．
（2）測量與H₂加成反應(yīng)后氣體總體積與氫氣的體積分數(shù)關(guān)系
另取裂化氣與H₂混合得5 L混合氣體，已知其中H₂的體積分數(shù)φ（H₂）=X，在一定條件下使其充分反應(yīng)，反應(yīng)后氣體的體積為V L．請列出V與X的函數(shù)關(guān)系式

 

．

Answer 1

考點：有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學方程式的有關(guān)計算,有關(guān)混合物反應(yīng)的計算

專題：

分析：（1）①448 L（標準狀況）裂化氣中兩種裂化方式并存，采用極值法來分析；
②溴的四氯化碳溶液能和乙烯和丙烯發(fā)生加成反應(yīng)而吸收乙烯和丙烯，故增重336 g是乙烯和丙烯的質(zhì)量，然后根據(jù)在裂化反應(yīng)中，CH₄和C₃H₆的物質(zhì)的量相同，C₂H₄和C₂H₆的物質(zhì)的量相同來列式求解；
（2）設(shè)出混合氣體中CH₄、C₃H₆、C₂H₄、C₂H₆和H₂的體積，然后對氫氣的量進行分類討論．

解答： 解：（1）①448 L（標準狀況）裂化氣的物質(zhì)的量n=

V

Vm

=

448L

22.4L/mol

=20mol，丁烷在裂解時兩種裂化方式并存，假設(shè)均按第I種裂化方式，則20mol裂化氣中CH₄和C₃H₆的物質(zhì)的量均為10mol，則燃燒時放出熱量為10Q₁+10Q₄；假設(shè)均按第II種裂化方式，則20mol裂化氣中C₂H₄和C₂H₆的物質(zhì)的量均為10mol，則燃燒時放出熱量為10Q₂+10Q₃；故Q的取值范圍介于10Q₁+10Q₄～10Q₂+10Q₃，故答案為：10Q₁+10Q₄～10Q₂+10Q₃；
②溴的四氯化碳溶液能和乙烯和丙烯發(fā)生加成反應(yīng)而吸收乙烯和丙烯，故增重的336g是乙烯和丙烯的質(zhì)量，設(shè)C₂H₄的物質(zhì)的量為Xmol，C₃H₆的物質(zhì)的量為Ymol，
則有：28X+42Y=336g  ①
在裂化反應(yīng)中，裂化生成的C₂H₄和C₂H₆的物質(zhì)的量相同，均為Xmol，裂化生成的CH₄和C₃H₆的物質(zhì)的量相同，故均為Ymol，根據(jù)混合氣體共為448L，可有：
2X+2Y=

448L

22.4L/mol

②
解得X=6、Y=4
即混合氣體中C₂H₄和C₂H₆的物質(zhì)的量均為6mol，CH₄和C₃H₆的物質(zhì)的量均為4mol，則混合氣體燃燒時放出的熱量為：4Q₁+4Q₄+6Q₂+6Q₃；
故答案為：4Q₁+4Q₄+6Q₂+6Q₃；
（2）設(shè)5 L混合氣體中，CH₄的體積為aL，C₃H₆的體積為aL，C₂H₄的體積為bL，C₂H₆的體積為bL，H₂的體積為cL，
①當H₂不足或恰好完全反應(yīng)時，則c≤a+b，則X=

c

2a+2b+c

≤

1

3

，由于氫氣完全反應(yīng)，故反應(yīng)后氣體體積V=5-5X，故當X≤

1

3

時，V=5-5X；
②當H₂不足或恰好完全反應(yīng)時，則c＞a+b，則X=

c

2a+2b+c

＞

1

3

，由于乙烯和丙烯完全反應(yīng)，故反應(yīng)后氣體體積V=a+b+c，則c=V-（a+b）   ①
                                                                       而混合氣體的總體積：2a+2b+c=5，則c=5-2（a+b） ②
故將①-2×②可得：c=2V-5  ③
由于X=

c

2a+2b+c

=

c

5

，將c=2V-5帶入，可得V=2.5+2.5X，故當X＞

1

3

時，V=2.5+2.5X．
故答案為：當X≤

1

3

時，V=5-5X或當V＞

1

3

，V=2.5+2.5X．

點評：本題考查了丁烷在裂化后所得氣體的有關(guān)計算，采用極值法來討論，難度較大．