八法巧解含烴的混合氣體計算題

1、“八法”巧解含烴的混合氣體計算題范鵬潔一. 代數(shù)法代數(shù)法在化學計算中應用廣泛，常用來解決物質(zhì)的量、質(zhì)量、體積等問題，特別適用于有關混合物中各組分含量的計算。代數(shù)法解化學計算題，先根據(jù)題目所求設未知數(shù)，再根據(jù)化學原理或概念， 尋找解題的突破口， 把計算題中的已知量和未知量結(jié)合起來， 找出有關數(shù)值間量的關系，建立代數(shù)方程式或方程組，再求解。此法能使某些復雜的問題簡單化、條理化、程序化，使分析問題的思路清晰，計算準確。例 1：CH 4 在一定條件下反應可以生成 C2H 4、C2H6（水和其他反應產(chǎn)物忽略不計） 。取一定量 CH4 經(jīng)反應后得到的混合氣體， 它在標準狀況下的密度為 0.780g L-1

2、 ，已知反應中 CH4 消耗了 20，計算混合氣體中 C2H4 的體積分數(shù)。x0.200x解析：設反應前 CH4 為 1mol，其中 x mo l 轉(zhuǎn)化為 C2H4，即生成mol C2H4 和mol22C2H 6。反應后混合氣體總的物質(zhì)的量 1mol（ 120% ）x mol20.200x mol 0.900mol 。2解析：設反應前CH 4 為 1mol，其中x mol 轉(zhuǎn)化為C2H 4 ，既生成x mol20.200xmol 0.900mol 。2根據(jù)密度的概念列代數(shù)方程式：C2H4 和16g mol 10800. mol 28g mol 1x mol 30g mol 10.200 x m

3、ol220.900mol22.4 L mol 1 0.780g L 1解得 x 0.0800mol 。0800.molC2H4 的體積分數(shù)：2100% 4.44% 。0900.mol二. 守恒法此法在化學計算中應用也很廣泛，用此法可以求元素的相對原子質(zhì)量、物質(zhì)的相對分子質(zhì)量、分子式、混合物的組成以及進行溶解度、溶液濃度等方面的計算。此法推廣：由甲狀態(tài)乙狀態(tài)（可以是物理變化或化學變化）中，總可以找到某一物理量，其值在變化前后不發(fā)生變化。 利用物理量的不變性列出等式而解題稱為廣義守恒法。 在狀態(tài)改變過程中，其總值可以不變的物理量有：質(zhì)量、化合價、物質(zhì)的量、電荷、體積、濃度等。 利用守恒法解題的關鍵

4、是：巧妙地選擇兩狀態(tài)中總值不發(fā)生改變的物理量，建立關系式，從而簡化思路，使解題達到事半功倍的效果。例 2：把 m mol C2H4 和 n molH 2 混合于密閉容器中，在適當?shù)臈l件下，反應達到平衡時生成 p mol C2H6，若將所得平衡混合氣體完全燃燒生成CO2 和 H 2O，則需要 O2 多少摩爾？解析：若按化學平衡問題先求出平衡時混合氣體各組分的物質(zhì)的量以及它們分別燃燒各需要氧氣多少摩爾， 再求氧氣總物質(zhì)的量，則太繁瑣。 C2H4 與 H2 在整個加成反應過程中C、H 原子個數(shù)都不變， 因而平衡時混合氣體燃燒的耗氧量等于反應前C2H4 和 H2燃燒的耗氧總量。平衡時混合氣體燃燒的耗氧

5、量 3mn mol 。2三. 差量法任一化學反應：ABCD差量ad a dxy xy存在比例關系：a d ad 。xyxy化學方程式所反映的各物質(zhì)的差量存在多種形式，主要是：質(zhì)量差、物質(zhì)的量差、壓強差等。 根據(jù)差量法解題公式知，其解題關鍵是審清題意，依據(jù)化學反應列出反應前后有關物質(zhì)的數(shù)量及差量，即a， d 及 a d 再與題目中給定的差量x y 組成比例式來求解。例 3：某氣態(tài)烴與氧氣的混合氣體在密閉容器中完全燃燒，燃燒前后容器內(nèi)壓強相等且溫度都保持在 150。該烴不可能是（）A. CH4B.C H4C.C H4D. CH6233解析：設該氣態(tài)烴分子式為CxHy。C x H y（ xy ） O

6、 2x CO 2y H 2On421xyxyxy （ 1 xy ）4224 n0，即 xyy， y 4 。1 x42即該烴的分子式中，含4 個 H 原子，不可能是C3H6。同樣分析知（1） 100以上， H 原子數(shù)小于 4 的氣態(tài)烴，燃燒后壓強減??；H 原子數(shù)大于 4 的氣態(tài)烴，燃燒后壓強增大。 （ 2） 100以下，因生成的水為液態(tài)，則所有氣態(tài)烴燃燒后氣體分子數(shù)都減?。?1x y x），壓強都減小。4四 . 平均值法此法是從求混合氣體平均相對分子質(zhì)量的公式M M 1 a1 % M 2 a2 % 推廣而來的。它巧用了平均含義， 即 MM 2 且均大于零時， 存在 M n1 Mn2 M 2，只要

7、求出平均值 M ，n1n 2就可判斷出 M 1 ， M 2 的取值范圍，該法省去復雜的數(shù)學計算過程，從而迅速解出答案。應當指出上式中的M 不單指平均相對分子質(zhì)量，亦可代表相對原子質(zhì)量、體積、質(zhì)量、物質(zhì)的量、 摩爾質(zhì)量及質(zhì)量分數(shù)等。所以應用范圍很廣泛， 特別適合于分析二元混合物的平均組成。例 4：一種氣態(tài)烷烴和一種氣態(tài)烯烴組成的混合物共10g，混合氣體的密度是相同狀況下氫氣的 12.5倍，該混合氣體通過溴水時，溴水的質(zhì)量增加8.4g，則該混合氣體是由什么組成的？解析：（ 1）混合氣體的平均相對分子質(zhì)量M 2 12.5 25 。（ 2）根據(jù)平均值法，確定該烷烴是甲烷。平均相對分子質(zhì)量等于25 的烴

8、有兩種情況：兩氣態(tài)烴的相對分子質(zhì)量都等于25，經(jīng)分析沒有這種氣態(tài)烴；兩氣態(tài)烴中有一種烴的相對分子質(zhì)量小于25，另一種烴的大于25。而相對分子質(zhì)量小于25 的烴只有甲烷，所以兩種烴中其中一種必定為CH 4。（ 3）根據(jù)平均相對分子質(zhì)量求另一種烴。設烯烴為CnH2n。m 烯烴 8 4（CH4） 10g 8 416. g, m. g. g 。16. g10g8.4g25g mol116g mol 1M （ C n H 2n ）解得 n 2，即該烯烴是C2H 4。五 . 十字交叉法十字交叉法一般只適用于兩種已知成分組成的混合體系，解題關鍵往往在于求平均值。其廣泛應用于有關同位素、相對原子質(zhì)量、溶質(zhì)質(zhì)量

9、、二組分混合物質(zhì)量分數(shù)、化學反應中的物質(zhì)的量、體積、電子轉(zhuǎn)移數(shù)及反應熱等方面的計算。例 5：CH 4 和 C2H4 混合氣體，其密度是同溫同壓下乙烷的2 ，求混合氣體中 CH 4 的質(zhì)量3分數(shù)。解析：相同狀態(tài)下氣體密度之比等于相對分子質(zhì)量之比：由十字交叉法得：2M M (C2H6) 20 3混合氣體中 CH 的質(zhì)量分數(shù)為216100% 533%. 。4216128六 . 方程式疊加法例 6：將 x mol O2， ymol CH 4 和 z mol Na2O2 放入密閉容器中，在150條件下用電火花引發(fā)，恰好完全反應后，容器內(nèi)壓強為0，通過計算確立x， y 和 z 之間的關系式。解析：根據(jù)反應

10、后氣體壓強等于 0，所以可將以下反應方程式 2CH 4 4O22CO2+4H 2O， 2CO2+2Na 2O22Na2CO3 O2， 2H2O 2Na2O2 4NaOH O2 相加消去氣體，得：2CH 4 O2 6Na2O2 8NaOH 2Na2CO3所以 x : y : z1: 2 : 6 ，即 6x3yz七、待定系數(shù)法根據(jù)題意直接寫出方程式， 并在反應物及生成物前待以系數(shù) （化學計量數(shù)） ，最后找出系數(shù)間的關系。例 7：丁烷催化裂化時， 碳鏈按兩種方式斷裂生成兩種烷烴和烯烴， 若丁烷裂化率為 90% ，且裂化生成的兩種烯烴的質(zhì)量相等， 求裂化后得到的相對分子質(zhì)量最小的氣體在混合氣體中所占的

11、體積分數(shù)。解析：丁烷催化裂化，有如下方程式：C4H10CH4+C3H6C4H10C2H6+C2H 4將、合并，系數(shù)待配：a C4H10 bCH 4+ b C3 H6+c C 2H6+c C 2H 4。因為 m(C 3H6)=m （ C2H 4），所以 b：c=2： 3。令 b=2，則 c=3， a=5，方程式為： 5C4H 10 2CH 4+2C3H 6+3C2H 6+3C2 H4。CH 4 所占的體積分數(shù)為2100% 20% 。223八. 討論法此法一般適合與他計算方法一起使用，這種解法的關鍵是進行全面的分析和推斷。例 8：1L 乙炔和氣態(tài)烯烴混合物與11L O2 混合后點燃， 充分反應后， 氣體的體積為12L ，求原 1L 混合氣體中各成分及物質(zhì)的量比（反應前后均為182、 1.01× 105Pa）。解析：設該混合烴的平均分子式為CxH