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问题: 化学

在120℃,101kPa条件下,由H2、CH4、CO组成的混合气体a mL,通入一定量(设为x mL)氧气使其完全燃烧。
 (1)若a mL混合气体完全燃烧消耗相同条件下氧气的体积也为a mL(即x= a mL),则原混合气体中CH4的体积分数是_____________。
(2)若完全燃烧后生成CO2和H2O(g)的总体积在相同条件下为2a mL,则原混合气体中CH4的体积分数是_____________。现要测定原混合气体中H2的体积分数,还必须知道相同条件下的其它数据可以是 _____________(填选项字母)
A.2a mL混合气体的密度  B.生成CO2气体的总体积 C.生成H2O(g)的总质量
(3)若使原混合气体完全燃烧,所得混合气体为CO2和H2O(g),则x的取值范围是 _____________。

解答:

2H2 + O2 = 2H2O;
2CO + O2 = 2CO2;
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O;
这是反应的几个方程式。由方程式可以看出,等物质的量H2和CO消耗的O2是一样多的,因此为方便计算,将H2和CO均看做A物质,将CH4看做B物质,此时题目的方程式就简化成2个:
2A + O2 = 2C
B + 2O2 = D + 2E
(1)第一问可以设CH4即B为y ml,则混合气体即A为(a-y)ml,而氧气为: 2y + 1/2(a-y) = a,解得:y = 1/3 a,故CH4的体积分数为:1/3即33.3%;
(2)由刚才的简化方程式可以看出,如果反应前后条件不变的话,第二个反应是没有体积差的,由体积差的只由第一个反应。故还是设CH4即B的体积为y ml,则混合气体体积为:(a-y)ml,反应后气体总体积为:(a-y)+ y + 2y = 2a,解得:y = 1/2 a,故CH4的体积分数为:1/2即50%;;由于之前已经计算了CH4的体积分数,因此就知道了CH4燃烧生成的CO2和H2O的量,因此只要任意知道其中之一的体积或质量,就能倒退H2的体积分数,如果知道密度,也可以算出,因此选:ABC
(3)消耗O2最少的方程式即第一个方程式,为1/2 a ml,而消耗O2最多的方程式即第二个方程式,为2a ml,故x的取值范围是:
1/2 a <x <2a(等号是不能取的,因为题目明确了混合气体中3种气体都要有,所以不能取到极限情况)