Question

CH₄在一定條件下催化氧化可以生成C₂H₄和C₂H₆(水和其他反應產物忽略不計)。取一定量CH₄經催化氧化后得到一種混合氣體，它在標準狀況下的密度為0.780 g·L^-1。已知反應中CH₄消耗了20%，計算混合氣體中C₂H₄的體積分數。(本題計算過程中請保留3位有效數字)

Answer 1

φ(C₂H₄)=4.44%

解析：該題是信息給予題。CH₄經催化氧化可以生成C₂H₄和C₂H₆是本題的計算依據，由混合氣體(剩余CH₄、C₂H₄和C₂H₆)的密度可列出等式進行計算。本題有多種解法，下面只介紹兩種常見解法。

方法Ⅰ：(從消耗甲烷的物質的量入手)：

設反應前CH₄為1 mol，其中有x mol轉化成乙烯(2CH₄C₂H₄)即生成mol C₂H₄，生成C₂H₆mol，則反應后混合氣體的總物質的量為：(剩余CH₄、生成乙烯、乙烷)。

根據密度定義得(CH₄相對分子質量為16，C₂H₄相對分子質量為28，C₂H₆相對分子質量為30)

解得x=0.080 0 mol

方法Ⅱ：(從生成C₂H₄的體積分數入手)

設反應前CH₄為1 mol，消耗了20%，則反應后混合氣體的總物質的量為：

又設混合氣體中乙烯的體積分數為x，則

解得x=4.44%