Question

天然氣在生活、生產(chǎn)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如成為居民日常燃料，成為工業(yè)合成氨原料等．由天然氣制取合成氨原料其主要反應(yīng)為：
CH₄（g）+H₂O（g）→CO（g）+3H₂（g）   ①
2CH₄（g）+O₂（g）→2CO（g）+4H₂（g）   ②
CO（g）+H₂O（g）→CO₂（g）+H₂（g）    ③
（1）1m³（標(biāo)準(zhǔn)狀況）CH₄按②式完全反應(yīng)，產(chǎn)生H₂

 

mol．（保留一位小數(shù)）
（2）一定量的CH₄、空氣、水蒸氣反應(yīng)后得到某混合氣體，各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是為O₂ 32%，N₂ 28%，CO₂ 22%，CH₄ 16%，H₂ 2%，此混合氣體對(duì)氫氣的相對(duì)密度是

 

（保留一位小數(shù)）
（3）CH₄和H₂O（g）及富氧空氣（O₂含量較高，不同富氧空氣氧氣含量不同）混合反應(yīng)后，得到的氣體組成如下表：

氣體	CO	H2	N2	O2	CO2
體積（L）	15	70	20	4.5	10

列式計(jì)算該富氧空氣中O₂和N₂的體積比

V(O2)

V(N2)

=

 

．反應(yīng)中的CH₄、H₂O（g）和富氧空氣的體積比=

 

．
（4）某課外活動(dòng)小組探究CH₄和純氧的反應(yīng)，取CH₄和純氧組成的混合氣體a mol通入裝有9.36g Na₂O₂固體的密閉容器中，用電火花不斷引燃，使之高溫下充分反應(yīng)，恢復(fù)至常溫時(shí)，容器內(nèi)壓強(qiáng)幾乎為零．剩余固體成分與a的取值及CH₄與O₂的體積比值n之間有很多種情況，試幫助該小組同學(xué)填寫(xiě)如下幾種情況．

a取值	n= VCH4 VO2	剩余固體
		Na2CO3，NaOH，Na2O2
		Na2CO3，NaOH
		Na2CO3，NaOH
		Na2CO3

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算

專題：計(jì)算題

分析：（1）根據(jù)n=

V

Vm

計(jì)算甲烷的物質(zhì)的量，再方程式計(jì)算生成氫氣的物質(zhì)的量；
（2）令混合氣體質(zhì)量為100g，計(jì)算各氣體質(zhì)量，根據(jù)n=

m

M

計(jì)算各自物質(zhì)的量，再根據(jù)

.

M

=

m

n

計(jì)算平均摩爾質(zhì)量，相同條件下密度之比等于摩爾質(zhì)量之比；
（3）分析圖表數(shù)據(jù)，根據(jù)反應(yīng)的方程式結(jié)合表中數(shù)據(jù)列方程式計(jì)算；
（4）CH₄和純氧組成的混合氣體a mol通入裝有9.36g Na₂O₂固體的密閉容器中，用電火花不斷引燃，使之高溫下充分反應(yīng)，甲烷燃燒生成二氧化碳和水，二氧化碳和水與過(guò)氧化鈉反應(yīng)生成碳酸鈉、氫氧化鈉和氧氣，恢復(fù)至常溫時(shí)，容器內(nèi)壓強(qiáng)幾乎為零，說(shuō)明氣體全部反應(yīng)，2CH₄（g）+O₂（g）→2CO（g）+4H₂（g），CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O，2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃，+O₂，2H₂O+2Na₂O₂=4NaOH+O₂，結(jié)合反應(yīng)過(guò)程中過(guò)氧化鈉和二氧化碳全部反應(yīng)、和二氧化碳全部反應(yīng)，和水部分反應(yīng)，和二氧化碳、水全部反應(yīng)，結(jié)合剩余固體成分和反應(yīng)過(guò)程，利用化學(xué)方程式定量關(guān)系分析計(jì)算．

解答： 解：（1）1m³（標(biāo)準(zhǔn)狀況）CH₄的物質(zhì)的量為

1000L

22.4L/mol

=44.64mol，
2CH₄（g）+O₂（g）→2CO（g）+4H₂（g）
2mol                       4mol
44.64mol                    n
n=44.64×2mol=89.28mol≈89.3；
故答案為：89.3；
（2）假設(shè)混合氣體質(zhì)量為100g，
則氧氣質(zhì)量=100g×0.32=32g，其物質(zhì)的量=

32g

32g/mol

=1mol，
則氮?dú)赓|(zhì)量=100g×0.28=28g，其物質(zhì)的量=

28g

28g/mol

=1mol，
則二氧化碳質(zhì)量=100g×0.22=22g，其物質(zhì)的量=

22g

44g/mol

=0.5mol，
則甲烷質(zhì)量=100g×0.16=16g，其物質(zhì)的量=

16g

16g/mol

=1mol，
則氫氣質(zhì)量=100g×0.02=2g，其物質(zhì)的量=

2g

2g/mol

=1mol，
故混合氣體平均摩爾質(zhì)量=

100g

(1+1+0.5+1+1)mol

×100%=22.22g/mol，故混合氣體對(duì)H₂的相對(duì)密度為22.22g/mol÷2g/mol=11.1，
故答案為：11.1；
（3）設(shè)反應(yīng)的氧氣為x，水為y
CH₄（g）+H₂O（g）→CO（g）+3H₂（g）   ①
 x       x        x       3x
2CH₄（g）+O₂（g）→2CO（g）+4H₂（g）   ②
2y        y        2y       4y
CO（g）+H₂O（g）→CO₂（g）+H₂（g）    ③
10       10        10      10

x+2y-10=15 3x+4y+10=70

x=10
y=7.5

V(O2)

V(N2)

=

7.5+4.5

20

=3：5；
CH₄、H₂O（g）和富氧空氣的體積比=（x+2y）：（10+x）：（y+4.5+20）=25：20：32；
故答案為：3：5；25：20：32；
（4）取CH₄和純氧組成的混合氣體a mol通入裝有9.36g Na₂O₂固體的密閉容器中，過(guò)氧化鈉物質(zhì)的量=

9.36g

78g/mol

=0.12mol，用電火花不斷引燃，使之高溫下充分反應(yīng)，恢復(fù)至常溫時(shí)，容器內(nèi)壓強(qiáng)幾乎為零，說(shuō)明無(wú)氣體剩余；2CH₄（g）+O₂（g）→2CO（g）+4H₂（g），Na₂O₂+CO=Na₂CO₃，H₂+Na₂O₂=2NaOH
剩余固體為Na₂CO₃，NaOH，Na₂O₂ ，說(shuō)明反應(yīng)過(guò)程中無(wú)水剩余，a＜0.06mol  n=2：1
剩余固體為Na₂CO₃，NaOH，若無(wú)水剩余，a=0.06mol n=2：1；若有水剩余0.06＜a＜0.3，n=

a+0.06

2a-0.06

，1：1.5＜n＜2：1；
剩余固體為Na₂CO₃ ，隱含條件剩余水，依據(jù)元素守恒計(jì)算
Na元素守恒n（Na₂CO₃）=n（Na₂O₂）=0.12mol
C元素守恒n（CH₄）=0.12mol
H元素守恒（H₂O）=0.24mol
O元素守恒 n（O₂）=0.18mol
a=0.3mol，n=

2

3

故答案為：

a取值	n=VCH4/VO2	剩余固體
a＜0.06mol	2：1	Na2CO3，NaOH，Na2O2
a=0.06mol	2：1	Na2CO3，NaOH
0.06mol＜a＜0.3mol	1：1.5＜n＜2：1	Na2CO3，NaOH
a=0.3mol	1：1.5	Na2CO3

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)方程式計(jì)算分析，注意元素守恒的計(jì)算應(yīng)用和化學(xué)方程式定量關(guān)系的理解分析，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度較大．