Question

18．生態(tài)農(nóng)業(yè)涉及農(nóng)家肥料的綜合利用．某種肥料經(jīng)發(fā)酵得到一種含有甲烷、二氧化碳、氮?dú)獾幕旌蠚怏w8.96L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．該氣體通過盛有紅色CuO粉末的硬質(zhì)玻璃管，發(fā)生的反應(yīng)為：CH₄+4CuO═CO₂↑+2H₂O↑+4Cu．當(dāng)甲烷完全反應(yīng)后，硬質(zhì)玻璃管的質(zhì)量減輕了4.8g．將反應(yīng)后氣體通入足量的澄清石灰水，充分吸收，生成沉淀10g．
（1）在CH₄+4CuO═CO₂↑+2H₂O↑+4Cu中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為4：1．
（2）原混合氣體的物質(zhì)的量是0.4mol；生成沉淀的摩爾質(zhì)量是100g/mol．
（3）原混合氣體中甲烷在標(biāo)準(zhǔn)狀況的體積是1.68 L，N₂的物質(zhì)的量0.3mol．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)CH₄中C元素的化合價(jià)升高，CuO中Cu元素的化合價(jià)降低；
（2）根據(jù)n=$\frac{V}{22.4L/mol}$計(jì)算原混合氣體的物質(zhì)的量；二氧化碳與澄清石灰水生成碳酸鈣；
（3）發(fā)生的反應(yīng)為：CH₄+4CuO=CO₂↑+2H₂O↑+4Cu，當(dāng)甲烷完全反應(yīng)后，硬質(zhì)玻璃管的質(zhì)量減輕4.8g，可知減少的質(zhì)量為氧元素的質(zhì)量，利用差量法計(jì)算甲烷的物質(zhì)的量，根據(jù)V=nVm計(jì)算甲烷的體積；二氧化碳部分轉(zhuǎn)化為CaCO₃，生成10g沉淀是CaCO₃，再根據(jù)碳元素守恒計(jì)算反應(yīng)后的二氧化碳總的物質(zhì)的量，減去反應(yīng)生成的二氧化碳的物質(zhì)的量即為原混合氣體中二氧化碳的物質(zhì)的量，計(jì)算二氧化碳體積，進(jìn)而計(jì)算氮?dú)獾捏w積．

解答 解：（1）反應(yīng)CH₄中C元素的化合價(jià)升高，為還原劑，CuO中Cu元素的化合價(jià)降低為氧化劑，則CH₄+4CuO═CO₂↑+2H₂O↑+4Cu中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為4：1；
故答案為：4：1；
（2）混合氣體的物質(zhì)的量為：$\frac{8.96L}{22.4L/mol}$=0.4mol，二氧化碳與澄清石灰水生成碳酸鈣，碳酸鈣的摩爾質(zhì)量為100g/mol；
故答案為：0.4mol；100g/mol；
（3）設(shè)甲烷的物質(zhì)的量為x，當(dāng)甲烷完全反應(yīng)后，硬質(zhì)玻璃管的質(zhì)量減輕4.8g，則：
CH₄+4CuO=CO₂+2H₂O+4Cu 質(zhì)量減輕△m
1mol                    16×4g
x                       4.8g，
解得：x=$\frac{4.8g×1mol}{64g}$=0.075mol，
原混合氣體中甲烷的物質(zhì)的量為0.075mol，標(biāo)況下的體積為：0.075mol×22.4L/mol=1.68L，
二氧化碳全部轉(zhuǎn)化為CaCO₃，生成10g沉淀是CaCO₃，碳酸鈣的物質(zhì)的量為：$\frac{10g}{100g/mol}$=0.1mol，故反應(yīng)后的二氧化碳總的物質(zhì)的量為0.1mol，甲烷反應(yīng)生成的二氧化碳的物質(zhì)的量為0.075mol，故原混合氣體中二氧化碳的物質(zhì)的量為0.1mol-0.075mol=0.025mol，原混合物中CO₂的體積為0.025mol×22.4L/mol=0.56L，故原混合氣體中氮?dú)獾捏w積為：8.96L-1.68L-0.56L=6.72L，其物質(zhì)的量為0.3mol；
故答案為：1.68L；0.3mol．

點(diǎn)評 本題考查了氧化還原反應(yīng)、混合物的有關(guān)計(jì)算，題目難度中等，注意掌握有關(guān)混合物反應(yīng)的計(jì)算方法，側(cè)重于基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力考查和計(jì)算能力的考查．