Question

15．在25℃，101KPa的條件下，將共8L的CO和O₂的混合氣體通入一個帶可自由移動活塞容積可變但壓強不變的密閉容器中（如圖所示），用電火花點燃充分反應后恢復至原來的條件，測得氣體的密度變為原來的$\frac{4}{3}$，求
（1）原混合氣體中CO和O₂可能的體積比3：1或1：1或無或無；
（2）若反應后氣體的密度在相同條件下為氦氣密度的$\frac{29}{3}$倍，則反應后氣體的成分為CO₂ 、CO（填相應的化學式），對應的物質的量之比為2：1．

Answer 1

分析 （1）發生反應：2CO+O₂$\frac{\underline{\;電火花\;}}{\;}$2CO₂，混合氣體總質量不變，充分反應后恢復至原來的條件，測得氣體的密度變為原來的$\frac{4}{3}$，則反應后的體積為原來的$\frac{3}{4}$，即反應后的體積為8L×$\frac{3}{4}$=6L，利用差量法計算參加反應CO、O₂的體積，再討論計算原混合氣體中CO和O₂可能的體積比；
（2）若反應后氣體的密度在相同條件下為氦氣密度的$\frac{29}{3}$倍，則反應后氣體的相對分子質量為4×$\frac{29}{3}$，反應后氣體為CO₂ 、O₂或CO₂ 、CO，再計算平均相對分子質量進行驗證解答．

解答 解：（1）混合氣體總質量不變，充分反應后恢復至原來的條件，測得氣體的密度變為原來的$\frac{4}{3}$，則反應后的體積為原來的$\frac{3}{4}$，即反應后的體積為8L×$\frac{3}{4}$=6L，
2CO+O₂$\frac{\underline{\;電火花\;}}{\;}$2CO₂ 體積減小
2   1        2      1
4L  2L       4L    8L-6L=2L
若CO有剩余，則O₂為2L，CO為8L-2L=6L，CO和O₂的體積比為6L：2L=3：1；
若O₂有剩余，則CO為4L，O₂為8L-4L=4L，CO和O₂的體積比為4L：4L=1：1，
故答案為：3：1；1：1；
（2）若反應后氣體的密度在相同條件下為氦氣密度的$\frac{29}{3}$倍，則反應后氣體的相對分子質量為4×$\frac{29}{3}$，
由（1）計算可知，若反應后為CO₂ 、O₂混合氣體，二者物質的量之比為4L：（4L-2L）=2：1，平均相對分子質量為$\frac{44×2+32}{2+1}$=40，不符合，
若反應后為CO₂ 、CO混合氣體，二者物質的量之比為4L：（6L-4L）=2：1，平均相對分子質量為$\frac{44×2+28}{3}$=4×$\frac{29}{3}$，符合，
故反應后氣體的成分為CO₂ 、CO，二者物質的量之比為2：1，
故答案為：CO₂ 、CO；2：1．

點評 本題考查阿伏伽德羅定律及其推論、混合物有關計算，題目還涉及討論型過量計算，側重考查學生分析計算能力，難度中等．