Question

【題目】在120℃，101kPa條件下，由H2、CH4、CO組成的混合氣體a mL，通入一定量（設為x mL）氧氣使其完全燃燒。

（1）若a mL混合氣體完全燃燒消耗相同條件下氧氣的體積也為a mL（即x=a），則原混合氣體中CH4的體積分數是____________。

（2）若完全燃燒后生成CO2和H2O（g）的總體積在相同條件下為2a mL，則原混合氣體中CH4的體積分數是__________，現要測定原混合氣體中H2的體積分數，還必須知道相同條件下其它數據可以是__________（填選項字母）。

A．前面提供的數據已經足夠 B．生成CO2氣體的總體積

C．生成H2O（g）的總質量 D．2a mL混合氣體的密度

（3）若原混合氣體完全燃燒時，生成的氣體中只有CO2和H2O（g），求x的取值范圍_______。

Answer 1

【答案】33.3%50%B0.5a＜x＜2a

【解析】

（1）燃燒發生反應：2H2+O2=2H2O（g）、2CO+O2=2CO2、CH4+2O2=CO2+2H2O（g），相同體積的氫氣、CO消耗氧氣體積相等，假設甲烷為y mL，則氫氣、CO總體積為（a-y）mL，根據方程式表示出消耗氧氣的體積，進而列方程計算解答；
（2）設H2、CH4、CO的體積分別為zmL、bmL、cmL，根據原子守恒表示出CO2、H2O（g）的體積，再結合總體積列方程解答；結合表達式判斷需要知道的數據；
（3）由方程式可知，全部為氫氣（或CO）消耗氧氣最小，全部為甲烷消耗氧氣最多，據此討論計算解答。

（1）假設甲烷為y mL，則氫氣、CO總體積為（a-y）mL，則：
CH4+2 O2=CO2+2H2O（g）
y mL 2y mL
由2H2+O2=2H2O（g）、2CO+O2=2CO2，可知（a-y）mL氫氣、CO混合氣體消耗氧氣為 0.5（a-y）mL，

由題意可知，2ymL+0.5（a-y）mL=amL，
解得y=a，
即甲烷的體積分數為×100%=33.3%，
故答案為：33.3%；
（2）設H2、CH4、CO的體積分別為zmL、bmL、cmL，則：z+b+c=a①
根據原子守恒，則：b+c+z+2b=2a②，
聯立方程①②，解得b=0.5a，即甲烷的體積分數為×100%=50%，
現要測定原混合氣體中H2的體積分數，顯然已知質量不能求出，即可排除A、C。若已知生成CO2氣體的總體積，根據以上關系即可求出H2的體積分數，故選B，

故答案為：50%；B；
（3）若a mol全部是CO或H2，則完全燃燒時消耗O2的體積為；若全部是CH4，則完全燃燒時消耗去O2的體積為2 a，所以得0.5a＜x＜2a。

故答案為：0.5a＜x＜2a。