Question

19．化學(xué)與生活息息相關(guān)，在研究具體問(wèn)題的時(shí)候會(huì)運(yùn)用很多方法，其中一種就是把體積和壓強(qiáng)的影響，轉(zhuǎn)化成盒子進(jìn)行研究．
I在一密閉氣缸內(nèi)，用不漏氣的可滑動(dòng)的活塞隔成兩室（圖1），左室充有甲烷（CH₄）和氧氣的混合氣體，右室充有氯氣和氫氣．已知當(dāng)氧氣足夠多時(shí)甲烷完全燃燒，生成CO₂，氧氣不足時(shí)有CO生成，Cl₂+H₂═2HCl．在室溫下，靜止在氣缸的“3”處（液體體積忽略不計(jì)）．

（1）若反應(yīng)前左室中CH₄與O₂物質(zhì)的量之比為1：2，現(xiàn)將左右兩室混合氣體點(diǎn)燃，完全反應(yīng)，冷卻至原室溫，活塞最終靜止于氣缸1.5處（填具體刻度）．
（2）若左室反應(yīng)前充有一定量的CH₄與O₂的混合氣體，點(diǎn)燃左右兩室氣體，使其充分反應(yīng)，在左室中未檢測(cè)到有毒氣體，冷卻至室溫，活塞最終靜止于氣缸“2”處，求反應(yīng)前CH₄與O₂的物質(zhì)的量之比為1：3．
II（1）室溫下，現(xiàn)有20LO₂，把它通入14L CO和H₂的混合氣體中，完全燃燒，干燥后恢復(fù)到原來(lái)的溫度．若剩余氣體的體積為nL，則原混合氣體中V（CO）：V（H₂）=$\frac{n-13}{27-n}$，n的取值范圍是13＜n＜27．
（2）若用圖2裝置進(jìn)行O₂的燃燒反應(yīng)，其中P是可自由平行滑動(dòng)的活塞，關(guān)閉K，將6molH₂充入容器的A室中，將2molCO與8molO₂的混合氣體充入容器的B室中．已知起始時(shí)容器A和B的體積均為a L．試回答：
i點(diǎn)燃B室中的混合氣體，恢復(fù)到120℃，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)容器B的體積為0.9aL．
ii若打開(kāi)K，點(diǎn)燃混合氣體，使CO、H₂和O₂充分反應(yīng)，恢復(fù)到120℃則反應(yīng)完全后，容器B的體積為0.2aL（連通管中氣體體積忽略不計(jì)，且不考慮溫度的影響）．

Answer 1

分析 I．（1）同溫同壓下，氣體的體積之比等于物質(zhì)的量之比，反應(yīng)前氣體的物質(zhì)的量之比為3：3，反應(yīng)后左右兩室氣體的物質(zhì)的量之比為1：3；
（2）設(shè)的CH₄的物質(zhì)的量為x mol，O₂的物質(zhì)的量為y mol，此時(shí)右室氣體的物質(zhì)的量為（x+y）mol，通過(guò)計(jì)算CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O計(jì)算剩余氣體的物質(zhì)的量，左右兩室氣體的物質(zhì)的量之比為$\frac{1}{2}$；
 II．（1）O₂+2CO$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2CO₂、O₂+2H₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2H₂O，若剩余氣體的體積為nL，則氣體體積減少（20+14-n）L，根據(jù)CO和氫氣體積之和及氣體體積減少量列方程式組計(jì)算；采用極限法計(jì)算n的范圍，如果氣體完全是CO時(shí)，剩余氣體體積最大，如果氣體完全是氫氣，剩余氣體體積最��；
（2）i．B室為恒溫恒壓條件，氣體的體積之比等于其物質(zhì)的量之比，計(jì)算反應(yīng)后剩余氣體的體積；
ii．若打開(kāi)K，反應(yīng)前氣體的體積為a L×$\frac{2mol+8mol+6mol}{2mol+8mol}$，通過(guò)O₂+2CO$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2CO₂、O₂+2H₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2H₂O計(jì)算反應(yīng)后剩余氣體的總物質(zhì)的量，依據(jù)恒溫恒壓條件，氣體的體積之比等于其物質(zhì)的量之比，計(jì)算出反應(yīng)后氣體的體積，減去a L即為反應(yīng)后容器B的體積．

解答 解：I．（1）同溫同壓下，氣體的體積之比等于物質(zhì)的量之比，由圖1可知反應(yīng)前氣體的物質(zhì)的量之比為3：3，由CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、Cl₂+H₂═2HCl可知應(yīng)后左右兩室氣體的物質(zhì)的量之比為1：3，所以活塞最終靜止于氣缸于6×$\frac{1}{4}$=1.5處，
故答案為：1.5；
（2）設(shè)的CH₄的物質(zhì)的量為x mol，O₂的物質(zhì)的量為y mol，右室氣體的總物質(zhì)的量反應(yīng)前后均為（x+y）mol，
             CH₄+2O₂$\stackrel{點(diǎn)燃}{→}$CO₂+2H₂O
開(kāi)始：x mol   ymol        0
變化：xmol   2xmol       xmol
結(jié)束：0 （y-2x）mol   xmol
所以 $\frac{（y-2）mol+xmol}{（x+y）mol}$=$\frac{1}{2}$，解得$\frac{x}{y}$=1：3，
故答案為：1：3；
 II．（1）O₂+2CO$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2CO₂、O₂+2H₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2H₂O，
若剩余氣體的體積為nL，則氣體體積減少（20+14-n）L，設(shè)CO、H₂的體積分別是xL、yL，
$\left\{\begin{array}{l}{x+y=14}\\{0.5x+1.5y=20+14-n}\end{array}\right.$解得x=n-13，y=27-n，
所以V（CO）：V（H₂）=$\frac{x}{y}$=$\frac{n-13}{27-n}$；
如果完全是CO，則氣體減少的體積為7L，剩余氣體體積為（20+14-7）L=27L，
如果完全是H₂，則氣體減少的體積為21L，剩余氣體體積為（20+14-21）L=13L，
所以n得取值范圍為13＜n＜27，
故答案為：$\frac{n-13}{27-n}$；13＜n＜27；
（2）i．2CO+O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2CO₂
開(kāi)始：2mol  8mol        0
變化：2mol  1mol       2mol
結(jié)束：0     7mol       2mol
反應(yīng)后剩余氣體總的物質(zhì)的量為7mol+2mol=9mol，
iB室為恒溫恒壓條件，氣體的體積之比等于其物質(zhì)的量之比，所以反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)容器B的體積為a L×$\frac{9mol}{2mol+8mol}$=0.9aL，
故答案為：0.9a；
 ii．若打開(kāi)K，反應(yīng)前氣體的體積為a L×$\frac{2mol+8mol+6mol}{2mol+8mol}$=1.6a L，
O₂+2CO$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2CO₂、O₂+2H₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2H₂O，反應(yīng)后氣體的總物質(zhì)的量為（2mol+8mol+6mol-3mol-1mol）=12mol，
所以反應(yīng)后氣體的體積為1.6a L×$\frac{12mol}{16mol}$=1.2a L，反應(yīng)后容器B的體積為1.2a L-a L=0.2a L，
故答案為：0.2a．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)方程式的計(jì)算、有關(guān)范圍題的計(jì)算，題目難度較大，側(cè)重分析與計(jì)算能力的考查，明確恒溫恒壓條件下，氣體的體積之比等于其物質(zhì)的量之比是關(guān)鍵．