Question

16．生態(tài)農業(yè)涉及農家廢料的綜合利用，某種肥料經發(fā)酵得到一種含甲烷、二氧化碳、氮氣的混合氣體．4.48L（標準狀況）該氣體通過盛有紅熱CuO粉末的硬質玻璃管，發(fā)生的反應為：CH₄+4CuO=CO₂+2H₂O+4Cu．當甲烷完全反應后，硬質玻璃管的質量減輕9.6g．將反應后產生的氣體通入過量的澄清石灰水中，充分吸收，生成沉淀18g．
（1）原混合氣體中甲烷的質量是多少？
（2）原混合氣體中氮氣的物質的量是多少？

Answer 1

分析 （1）由反應CH₄+4CuO=CO₂+2H₂O+4Cu，當甲烷完全反應后，硬質玻璃管的質量減輕9.6g，可知減少的質量為CuO中氧元素的質量，利用差量法計算甲烷的物質的量，再根據m=nM計算甲烷質量；
（2）將反應后產生的氣體通過過量的澄清石灰水中，充分吸收，生成沉淀8.5g為CaCO₃的質量，可知二氧化碳總的物質的量，根據碳元素守恒計算原混合氣體中二氧化碳物質的量，再計算氮氣物質的量．

解答 解：（1）設甲烷的物質的量為x，當甲烷完全反應后，硬質玻璃管的質量減輕9.6g，則：
CH₄+4CuO=CO₂+2H₂O+4Cu△m
1mol                 16×4g   
x                    9.6g
所以x=$\frac{1mol×9.6g}{64g}$=0.15mol，
故甲烷的質量為0.15mol×16g/mol=2.4g
答：原混合氣體中甲烷的質量2.4g；
（2）由反應后產生的氣體通過過量的澄清石灰水中，充分吸收，生成沉淀18g為CaCO₃的質量，由C原子守恒可知：n_總（CO₂）=n（CaCO₃）=$\frac{18g}{100g/mol}$=0.18mol，
根據碳原子守恒，則原混合氣體中n（CO₂）=0.18mol-0.15mol=0.03mol，
原混合氣體的總物質的量為 $\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，
所以氮氣的物質的量為：0.2mol-0.15mol-0.03mol=0.02mol，
答：原混合氣體中氮氣的物質的量為0.02mol．

點評 本題考查化學反應方程式的計算，注意利用差量法、守恒法進行解答，難度不大，注意生成碳酸鈣沉淀的二氧化碳來源．