Question

密度為0.478 g·L^-1的C₂H₂、C₂H₄、H₂混合氣體通過鎳催化劑后，密度增大到1.062 g·L^-1(密度均在標態下換算)，試問反應后氣體的成分是什么？原混合氣體中各種氣體的體積分數是多少?

Answer 1

解析：反應后混合氣體的平均摩爾質量為 1.062 g·L^-1×22.4 L·mol^-1=23.8 g·mol^-1，C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆的相對分子質量分別為26、28、30，說明反應后混合氣體中還有H₂、C₂H₂、C₂H₄在反應中耗盡。反應后混合氣體由C₂H₆和H₂組成。

設：反應前混合氣體物質的量為1 mol；其中 C₂H₄，C₂H₂的物質的量分別為x和y；則H₂的物質的量為1-x-y。

C₂H₄+H₂→C₂H₆        C₂H₂+2H₂→C₂H₆

  1       1       1              1       2        1

  x       x        x              y       2y       y

依題意有：

28 g·mol^-1×x+26 g·mol^-1×y+2 g·mol^-1×(1-x-y)=0.478 g·L^-1×22.4 L·mol^-1×1 mol

30 g·mol^-1×(x+y)+2 g·mol^-1×〔(1-x-y)-(2y+x)〕=1.062 g·L^-1×22.4 L·mol^-1×(1-x-2y)

解得：x=0.15 mol；y=0.20 mol

V (C₂H₄)％=0.15 mol/1 mol×100％=15％

V (C₂H₂)％=0.20 mol/1 mol×100％=20％

V (H₂)％=65％

答案：反應后混合氣體由C₂H₆和H₂組成。原混合氣體中C₂H₂，C₂H₄，H₂的體積分數分別為20％，15％，65％。