Question

[選做]在常溫下的一密閉容器中事先放入1.56g Na₂O₂，然后再通入 C₂H₆ 與 O₂ 的混合氣體，用電火花引爆，直至反應完全為止，恢復到原溫度，容器內壓強近似為零．求：
（1）通入的氣體 O₂ 和 C₂H₆ 的體積比（相同條件下）為多少？
（2）通入 O₂ 的質量不能超過多少克？

Answer 1

分析：（1）C₂H₆燃燒生成二氧化碳與水，反應方程式為2C₂H₆+7O₂

點燃  .

4CO₂+6H₂O，
二氧化碳、水與過氧化鈉反應2CO₂+2Na₂O₂═2Na₂CO₃+O₂，2H₂O+2Na₂O₂═4NaOH+O₂，生成的氧氣循環利用，反應完全為止，恢復到原溫度，容器內壓強近似為零，容器內有氣體，反應后容器內的物質有三種可能：①Na₂CO₃、H₂O（液）；②Na₂CO₃、NaOH；③Na₂CO₃、NaOH、H₂O（液），對于以上每一種情況，可依據原子守恒進行判斷和計算，據此確定二者的體積之比范圍；
（2）為情況①時，通入的氧氣的質量最大，為情況②時通入的氧氣的質量最小，結合（1）的計算確定氧氣的質量范圍，據此解答．

解答：解：（1）根據題中“容器內壓強近似為零”，反應后容器內的物質有三種可能：①Na₂CO₃、H₂O（液）；②Na₂CO₃、NaOH；③Na₂CO₃、NaOH、H₂O（液），
若為情況①，Na₂O₂為1.56g，即

1.56g

78g/mol

=0.02mol，則反應后Na₂CO₃有0.02mol，可知原混合氣體中C₂H₆應有0.01mol，則生成的H₂O（液）為0.03mol，依據O原子守恒可知O₂為（0.02mol×3+0.03mol-0.02mol×2）÷2=0.025mol，故原混合氣體中和O₂和C₂H₆的體積比為0.025mol：0.01mol=2.5：1；
若為情況②，設C₂H₆為xmol、O₂為ymol，根據原子守恒可知反應生成的Na₂CO₃是2xmol，NaOH是6xmol，依Na⁺守恒得10x=0.04，解得x=0.004mol，依據O原子守恒可知O₂為（0.004mol×2×3+0.004mol×6-0.02mol×2）÷2=0.004mol，故原混合氣體中和O₂和C₂H₆的體積比為0.004mol：0.004mol=1：1；
若情況③，從上述物質組成可以看出，這種情況是介于第①種情況和第②種情況之間的一種特殊情況，
綜上所述，通入的混合氣體中O₂和C₂H₆的體積比（相同條件下）范圍為1：1≤V（O₂）：V（C₂H₆）≤2.5：1，
答：通入的氣體 O₂ 和 C₂H₆ 的體積比為1：1≤V（O₂）：V（C₂H₆）≤2.5：1；
（2）為情況①時，通入的氧氣的質量最大，氧氣最大質量為0.025mol×32g/mol=0.8g，為情況②時通入的氧氣的質量最小，氧氣的最小質量為0.004mol×32g/mol=0.128g，故0.128g≤m（O₂）≤0.8g，即通入氧氣的質量不能超過0.8g，
答：通入氧氣的質量不能超過0.8g．

點評：本題考查混合物的有關計算，難度較大，本題采取極端假設法進行解答，確定臨界點是關鍵，需要對題目涉及的內容及過程相當熟悉，需要分步考慮問題，側重對學生思維能力的考查，注意解題中原子守恒的運用．