题目
40.0mL 的CH4, CO, N2的混合气体与80.0m L空气混合燃烧后,体积缩减了42.0mL, 再用KOH溶液吸收CO2,生成CO2 36.0mL。求气体中各成分的含量。
40.0mL 的CH4, CO, N2的混合气体与80.0m L空气混合燃烧后,体积缩减了42.0mL, 再用KOH溶液吸收CO2,生成CO2 36.0mL。求气体中各成分的含量。
题目解答
答案
解: 2VCH4+1/2VCO=42.0VCH4+VCO=36.0VCH4=2.0(ml)Vco=34.0(ml)φ(CH4)%=2.0×100÷40=5.0φ(CO)%=34.0×100÷40.0=85.0φ(N2)%=100-5.0-85.0=10.0
解析
步骤 1:确定燃烧反应方程式
甲烷(CH4)和一氧化碳(CO)在空气中燃烧的化学方程式分别为:
\[ CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O \]
\[ 2CO + O_2 \rightarrow 2CO_2 \]
步骤 2:计算燃烧后体积缩减量
根据题目,混合气体与空气混合燃烧后体积缩减了42.0mL。由于氮气(N2)不参与燃烧,体积缩减量主要由甲烷和一氧化碳燃烧消耗氧气引起。根据化学方程式,每摩尔甲烷燃烧消耗2摩尔氧气,每摩尔一氧化碳燃烧消耗0.5摩尔氧气。因此,可以建立方程:
\[ 2V_{CH_4} + 0.5V_{CO} = 42.0 \]
步骤 3:计算生成的二氧化碳体积
题目中提到,用KOH溶液吸收CO2后,生成了36.0mL的CO2。根据化学方程式,每摩尔甲烷燃烧生成1摩尔CO2,每摩尔一氧化碳燃烧生成1摩尔CO2。因此,可以建立方程:
\[ V_{CH_4} + V_{CO} = 36.0 \]
步骤 4:解方程组求解
联立两个方程:
\[ 2V_{CH_4} + 0.5V_{CO} = 42.0 \]
\[ V_{CH_4} + V_{CO} = 36.0 \]
解得:
\[ V_{CH_4} = 2.0 \, \text{mL} \]
\[ V_{CO} = 34.0 \, \text{mL} \]
步骤 5:计算氮气体积
由于混合气体总体积为40.0mL,因此氮气体积为:
\[ V_{N_2} = 40.0 - V_{CH_4} - V_{CO} = 40.0 - 2.0 - 34.0 = 4.0 \, \text{mL} \]
步骤 6:计算各成分的含量
各成分的含量(体积分数)为:
\[ \phi(CH_4) = \frac{V_{CH_4}}{40.0} \times 100\% = \frac{2.0}{40.0} \times 100\% = 5.0\% \]
\[ \phi(CO) = \frac{V_{CO}}{40.0} \times 100\% = \frac{34.0}{40.0} \times 100\% = 85.0\% \]
\[ \phi(N_2) = \frac{V_{N_2}}{40.0} \times 100\% = \frac{4.0}{40.0} \times 100\% = 10.0\% \]
甲烷(CH4)和一氧化碳(CO)在空气中燃烧的化学方程式分别为:
\[ CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O \]
\[ 2CO + O_2 \rightarrow 2CO_2 \]
步骤 2:计算燃烧后体积缩减量
根据题目,混合气体与空气混合燃烧后体积缩减了42.0mL。由于氮气(N2)不参与燃烧,体积缩减量主要由甲烷和一氧化碳燃烧消耗氧气引起。根据化学方程式,每摩尔甲烷燃烧消耗2摩尔氧气,每摩尔一氧化碳燃烧消耗0.5摩尔氧气。因此,可以建立方程:
\[ 2V_{CH_4} + 0.5V_{CO} = 42.0 \]
步骤 3:计算生成的二氧化碳体积
题目中提到,用KOH溶液吸收CO2后,生成了36.0mL的CO2。根据化学方程式,每摩尔甲烷燃烧生成1摩尔CO2,每摩尔一氧化碳燃烧生成1摩尔CO2。因此,可以建立方程:
\[ V_{CH_4} + V_{CO} = 36.0 \]
步骤 4:解方程组求解
联立两个方程:
\[ 2V_{CH_4} + 0.5V_{CO} = 42.0 \]
\[ V_{CH_4} + V_{CO} = 36.0 \]
解得:
\[ V_{CH_4} = 2.0 \, \text{mL} \]
\[ V_{CO} = 34.0 \, \text{mL} \]
步骤 5:计算氮气体积
由于混合气体总体积为40.0mL,因此氮气体积为:
\[ V_{N_2} = 40.0 - V_{CH_4} - V_{CO} = 40.0 - 2.0 - 34.0 = 4.0 \, \text{mL} \]
步骤 6:计算各成分的含量
各成分的含量(体积分数)为:
\[ \phi(CH_4) = \frac{V_{CH_4}}{40.0} \times 100\% = \frac{2.0}{40.0} \times 100\% = 5.0\% \]
\[ \phi(CO) = \frac{V_{CO}}{40.0} \times 100\% = \frac{34.0}{40.0} \times 100\% = 85.0\% \]
\[ \phi(N_2) = \frac{V_{N_2}}{40.0} \times 100\% = \frac{4.0}{40.0} \times 100\% = 10.0\% \]