Question

密度為0.478 g·L^-1的C₂H₂、C₂H₄、H₂的混合氣體，通過鎳催化劑后，密度增大到1.062 g·L^-1(密度均在標準狀況下換算)，試求原混合氣體中各種氣體的體積分數。

Answer 1

解析：烯烴、炔烴在一定條件下均能發生加成反應。從解題過程可知假設未知數對解題有時會起到很重要的作用。

C₂H₂、C₂H₄均能與H₂反應，由ρ=，可知氣體總質量保持不變，ρ增大，說明反應后的體積比原來更小。

反應后混合氣體的M=1.062 g·L^-1×22.4 L·mol^-1=23.8 g·mol^-1。由于C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆的相對分子質量分別是26、28、30，說明反應后混合氣體中還有H₂，反應前H₂過量，反應后混合氣體是由C₂H₆和H₂組成的。

C₂H₄+H₂C₂H₆    C₂H₂+2H₂C₂H₆

設反應后H₂的體積分數為x，則C₂H₆的體積分數為(1-x)，依題意：

2x+30(1-x)=23.8

解得x=0.221。

又設反應前混合氣體體積是A，則同溫同壓下反應后的氣體體積應為

反應后，H₂的體積為0.45A×0.221=0.1A

則C₂H₆為0.35A。

再設反應前混合氣體中C₂H₄、C₂H₂、H₂的體積分別為a、b、c，根據化學反應方程式有

得a=0.15A,b=0.2A,c=0.65A。

所以，原混合氣體中C₂H₄、C₂H₂、H₂的體積分數分別為15%、20%和65%。

答案：C₂H₄為15%，C₂H₂為20%，H₂為65%。