Question

10．CH₄在一定條件下催化氧化可以生成C₂H₄和C₂H₆（水和其他產物忽略不計）．取一定量CH₄經催化氧化后得到一種混合氣，它在標準狀況下的密度為0.780g/L．已知反應中CH₄消耗了20.0%，計算混合氣體中C₂H₄的體積百分含量．（本題計算過程中保留3位有效數字）

Answer 1

分析 設反應之前甲烷的物質的量為1mol，消耗的甲烷為0.2mol，根據碳原子守恒，反應后混合氣體總物質的量為（1-0.2）mol+$\frac{0.2mol}{2}$=0.9mol，設得到C₂H₄為xmol，根據碳原子守恒，可知成C₂H₆為（0.1-x）mol，再根據混合氣體的密度=$\frac{混合氣體總質量}{混合氣體總體積}$列方程計算解答．

解答 解：設反應之前甲烷的物質的量為1mol，則消耗的甲烷為1mol×205=0.2mol，剩余甲烷為1mol-0.2mol0.8mol，
根據碳原子守恒，反應后混合氣體總物質的量為（1-0.2）mol+$\frac{0.2mol}{2}$=0.9mol，則反應后混合氣體總體積為0.9mol×22.4L/mol，
設得到C₂H₄為xmol，根據碳原子守恒，可知成C₂H₆為（0.1-x）mol，則：
$\frac{0.8×16+28x+30×（0.1-x）}{0.9×22.4}$=0.78
解得x=0.0376
則混合氣體中乙烯的體積分數為$\frac{0.0376mol}{0.9mol}$×100%=4.18%，
答：混合氣體中乙烯的體積分數為4.18%．

點評 本題考查混合物計算，涉及物質的量有關計算，關鍵是碳原子守恒應用，側重考查學生分析計算的能力．