Question

【題目】生態農業涉及農家肥料的綜合利用．某種肥料經發酵得到一種含有甲烷、二氧化碳、氮氣的混合氣體8.96L（標準狀況）．該氣體通過盛有紅色CuO粉末的硬質玻璃管，發生的反應為：CH4+4CuO CO2↑+2H2O↑+4Cu．當甲烷完全反應后，硬質玻璃管的質量減輕了4.8g．將反應后氣體通入2L0．lmol/L的澄清Ca（OH）2溶液，充分吸收，生成沉淀10g．求：
（1）原混合氣體中甲烷的體積（標準狀況）《寫出計算過程）
（2）反應后的氣體中CO2的物質的量可能為
（3）原混合氣體中氮氣的體積為 ．

Answer 1

【答案】
（1）0.075mol×22.4L/mol=1.68L
（2）0.1mol或0.3mol
（3）2.24L或6.72L
【解析】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4.8g，則：

CH4+4CuO=CO2+2H2O+4Cu	質量減輕△m
1mol	16×4g
x	4.8g

解得：x= =0.075mol，

原混合氣體中甲烷的物質的量為0.075mol，標況下的體積為：0.075mol×22.4L/mol=1.68L，

CH4+4CuO=CO2+2H2O+4Cu	質量減輕△m
1mol	16×4g
x	4.8g

解得：x= =0.075mol，

原混合氣體中甲烷的物質的量為0.075mol，標況下的體積為：0.075mol×22.4L/mol=1.68L；
（2）若二氧化碳全部轉化為CaCO3，生成10g沉淀是CaCO3，碳酸鈣的物質的量為： =0.1mol，故反應后的二氧化碳總的物質的量為0.1mol；若二氧化碳部分轉化為CaCO3，生成10g沉淀是CaCO3，物質的量為0.1mol，根據鈣離子守恒可知轉化生成的Ca（HCO3）2的物質的量為：2L×0.1mol/L﹣0.1mol=0.1mol，故反應后的二氧化碳總的物質的量為0.1mol+0.1mol×2=0.3mol，
所以答案是：0.1mol或0.3mol；
（3）若二氧化碳全部轉化為CaCO3，生成10g沉淀是CaCO3，碳酸鈣的物質的量為： =0.1mol，故反應后的二氧化碳總的物質的量為0.1mol，甲烷反應生成的二氧化碳的物質的量為0.075mol，故原混合氣體中二氧化碳的物質的量為0.1mol﹣0.075mol=0.025mol，原混合物中CO2的體積為0.025mol×22.4L/mol=0.56L，故原混合氣體中氮氣的體積為：8.96L﹣1.68L﹣0.56L=6.72L，

若二氧化碳部分轉化為CaCO3，生成10g沉淀是CaCO3，物質的量為0.1mol，根據鈣離子守恒可知轉化生成的Ca（HCO3）2的物質的量為：2L×0.1mol/L﹣0.1mol=0.1mol，故反應后的二氧化碳總的物質的量為0.1mol+0.1mol×2=0.3mol，甲烷反應生成的二氧化碳的物質的量為0.075mol，故原混合氣體中二氧化碳的物質的量0.3mol﹣0.075mol=0.225mol，原混合物中CO2的體積為0.225mol×22.4L/mol=5.04L，故原混合氣體中氮氣的體積為：8.96L﹣1.68L﹣5.04L=2.24L，

所以答案是：2.24L或6.72L．