Question

由CO₂、H₂O（g）組成的混合氣體共a mol，其中CO₂的物質的量分數為x．將該混合氣體緩慢通過裝有1mol Na₂O₂的真空管，充分反應后，維持120℃、1.01×10⁵Pa．收集所得氣體，冷卻、稱量，真空管中固體質量增加y g．
（1）若a=1，則y=______（用含x代數式表示）；
（2）若a=2，x=0.5時，反應后所得氣體的成份是______；
（3）若a=2，y=28時，則x的取值范圍______；
（4）若a=1.25，試在圖中作出y與x的關系曲線，并在y軸標明曲線起點和終點的數值．

Answer 1

解：（1）由反應2CO₂+2Na₂O₂=2Na₂CO₃+O₂，2H₂O+2Na₂O₂=4NaOH+O₂↑可知，氣體與過氧化鈉都按1：1反應，a=1時，混合氣體與過氧化鈉恰好反應，n（CO₂）=ax=x，固體增重為y=28n（CO₂）+2[1-n（CO₂）]=28x+2（1-x）=26x+2，故答案為：26x+2；
（2）a=2，x=0.5時，n（CO₂）=1mol，二氧化碳與過氧化鈉恰好反應，水不反應，從Na₂O₂的真空管出來的氣體有氧氣、水蒸氣，故答案為：氧氣、水；
（3）a=2，y=28時，若x≥0.5，水不參加反應，根據過氧化鈉計算增重為y=28n（Na₂O₂）=28，故0.5≤x＜1，固體增重28g；
若＜0.5，二氧化碳完全反應，參加反應的水為[1-n（CO₂）]mol，所以固體增重為y=28n（CO₂）+2[1-n（CO₂）]=28×2x+2（1-2x）=28，解得x=2，不符合題意，
故答案為：0.5≤x＜1；
（4）當a=1.25時，若x≥0.8，水不參加反應，根據過氧化鈉計算增重為y=28n（Na₂O₂）=28；
若x＜0.8，二氧化碳完全反應，參加反應的水為[1-n（CO₂）]mol，所以固體增重為y=28n（CO₂）+2[1-n（CO₂）]=28×2x+2（1-2x）=52x+2，當x=0時中含有氫氣，y=2，y與x的關系曲線圖為：
，故答案為：．
分析：一定量的CO₂、H₂O（g）組成的混合氣體與過氧化鈉反應，可以看做CO₂先與過氧化鈉反應，CO₂反應完畢，H₂O（g）再與過氧化鈉反應，發生反應2CO₂+2Na₂O₂=2Na₂CO₃+O₂，固體增加的質量相當于與二氧化碳等物質的量的CO的質量，2H₂O+2Na₂O₂=4NaOH+O₂↑，固體增加的質量為相當于與水等物質的量的H₂的質量，根據過氧化鈉的物質的量討論二氧化碳恰好反應時x的值，根據x的值分情況討論，以此解答．
（1）a=1時，混合氣體與過氧化鈉恰好反應；
（2）a=2，x=0.5時，n（CO₂）=1mol，二氧化碳與過氧化鈉恰好反應，水不反應；
（3）a=2，y=28時，若x≥0.5，水不參加反應，根據過氧化鈉計算增重為y=28n（Na₂O₂），若＜0.5，二氧化碳完全反應，參加反應的水為[1-n（CO₂）]mol，所以固體增重為y=28n（CO₂）+2[1-n（CO₂）]；
（4）當a=1.25時，若x≥0.8，水不參加反應，根據過氧化鈉計算增重為y=28n（Na₂O₂），若x＜0.8，二氧化碳完全反應，參加反應的水為[1-n（CO₂）]mol，所以固體增重為y=28n（CO₂）+2[1-n（CO₂）]；
過氧化鈉不足量，采用極限法確定y與x的關系曲線，當氣體全部為氫氣時，計算y的質量，當氣體全部為二氧化碳時，計算y的質量．
點評：本題考查混合物的計算，難度中等，將反應設計為CO₂先與過氧化鈉反應，CO₂反應完畢，H₂O（g）再與過氧化鈉反應是解題的關鍵，再判斷二氧化碳恰好反應計算x的值，進行討論．