Question

有一混和氣體平均相對分子質(zhì)量為30，由一氧化碳、乙烯和氧氣組成．經(jīng)點燃充分反應后，測得混合氣體中不含有一氧化碳和乙烯．試求：（寫出計算推理的詳細過程）
（1）原混合氣體中氧氣所占的體積分數(shù)[ω（O₂）]．
（2）原混合氣體中一氧化碳的體積分數(shù)[ω（CO）]的取值范圍．
（3）原混合氣體中乙烯的體積分數(shù)[ω（C₂H₄）]的取值范圍．

Answer 1

解：（1）一氧化碳、乙烯和氧氣的相對分子質(zhì)量分別為28、28、32，
所以32ω（O₂）+28[1-ω（O₂）]=30，
解得ω（O₂）=0.5，
答：原混合氣體中氧氣所占的體積分數(shù)為0.5；
（2）原混合氣體中氧氣體積分數(shù)ω（O₂）=0.5，所以ω（CO）+ω（C₂H₄）=0.5，
假定混合氣體1L，一氧化碳體積分數(shù)為ω（CO），乙烯的體積分數(shù)ω（C₂H₄），混合氣體中不含有一氧化碳和乙烯，說明一氧化碳與乙烯都完全燃燒，一氧化碳與乙烯消耗的氧氣應小于或等于混合氣體中氧氣的量．
由反應2CO+O₂═2CO₂，C₂H₄+3O₂═2CO₂+2H₂O可知；0.5ω（CO）+3ω（C₂H₄）≤0.5，
聯(lián)立ω（CO）+ω（C₂H₄）=0.5，0.5ω（CO）+3ω（C₂H₄）≤0.5，解得ω（CO）≥0.4；ω（C₂H₄）≤0.1，
所以0.4≤ω（CO）≤0.5，
答：原混合氣體中一氧化碳的體積分數(shù)的取值范圍為0.4≤ω（CO）≤0.5；
（3）由（2）分析可知，0≤ω（C₂H₄）≤0.1，
答：原混合氣體中乙烯的體積分數(shù)的取值范圍0≤ω（C₂H₄）≤0.1．
分析：（1）混合氣體由一氧化碳、乙烯和氧氣組成，一氧化碳、乙烯和氧氣的相對分子質(zhì)量分別為28、28、32．一氧化碳、乙烯的相對分子質(zhì)量相等，可以等效為1種物質(zhì)，所以混合氣體等效為兩組分混合．根據(jù)平均相對分子質(zhì)量計算公式可知，32ω（O₂）+28[1-ω（O₂）]=30，據(jù)此計算ω（O₂）；
（2）（3）假定混合氣體1L，令一氧化碳體積分數(shù)為ω（CO），乙烯的體積分數(shù)ω（C₂H₄），混合氣體中不含有一氧化碳和乙烯，說明一氧化碳與乙烯都完全燃燒，一氧化碳與乙烯消耗的氧氣應小于或等于混合氣體中氧氣的量，據(jù)此列不等式求解．
點評：本題考查混合物的計算，難度較大，（2）（3）中關(guān)鍵清楚反應過程，明確一氧化碳與乙烯消耗的氧氣應小于或等于混合氣體中氧氣的量．