Question

7．活潑金屬的碳化物都是易水解的物質(zhì)，例如：
Al₄C₃+12H₂O→4Al（OH）₃+3CH₄↑
Mg₂C₃+4H₂O→2Mg（OH）₂+C₃H₄↑ 
完成下列計(jì)算：
（1）如果需要制取10.08L的乙炔（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），至少需要30g CaC₂含量為96%的電石．
（2）金屬碳化物Al₄C₃與Mg₂C₃組成的混合物與一定量的水反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

實(shí)驗(yàn)組號(hào)	①	②	③	④
碳化物（g）	7.8	15.6	23.4	31.2
水（mL）	18	18	a	a
氣體（L/標(biāo)況）	2.8	5.6	7	7

計(jì)算：
①混合物中Al₄C₃與Mg₂C₃的物質(zhì)的量之比=1：2；
②a=22.5g；
（3）甲烷通過激光分解可制得乙炔．
主反應(yīng)：2CH₄→C₂H₂+3H₂；副反應(yīng)：CH₄→C（s）+2H₂．
在一燒瓶中加入Al₄C₃與CaC₂組成的混合物，再向燒杯中加入足量的水，充分反應(yīng)后，燒瓶質(zhì)量減輕了7.4g，同時(shí)收集到氣體8.96L（折算為標(biāo)況）．通過激光分解后，得到的氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量為11，同時(shí)有0.03g碳生成，計(jì)算甲烷的分解率．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計(jì)算出乙炔的物質(zhì)的量，再結(jié)合反應(yīng)方程式CaC₂+2H₂O=Ca（OH）₂+C₂H₂↑計(jì)算出需要CaC₂含量為96%的電石的質(zhì)量；
（2）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，①②中碳化物不足，水過量，可設(shè)出①中Al₄C₃、Mg₂C₃的物質(zhì)的量，然后分別根據(jù)質(zhì)量和生成氣體體積列式計(jì)算；
②根據(jù)反應(yīng)Al₄C₃+12H₂O→4Al（OH）₃+3CH₄↑、Mg₂C₃+4H₂O→2Mg（OH）₂+C₃H₄↑可知，參與反應(yīng)的水的物質(zhì)的量是生成氣體的物質(zhì)的量的4倍，據(jù)此計(jì)算出水的物質(zhì)的量及質(zhì)量；
（3）發(fā)生反應(yīng)為：反應(yīng)Al₄C₃+12H₂O→4Al（OH）₃+3CH₄↑、CaC₂+2H₂O=Ca（OH）₂+C₂H₂↑；燒瓶質(zhì)量減輕了7.4g，減輕的質(zhì)量為生成氣體的質(zhì)量，根據(jù)n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計(jì)算出生成甲烷和乙炔的總物質(zhì)的量，然后設(shè)甲烷的物質(zhì)的量為x、乙炔的物質(zhì)的量為y，分別根據(jù)質(zhì)量和氣體的量列式計(jì)算出生成甲烷和乙炔的物質(zhì)的量；再根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計(jì)算出C的物質(zhì)的量、設(shè)出主反應(yīng)中分解的甲烷為的物質(zhì)的量，分別根據(jù)反應(yīng)甲烷分解的方程式計(jì)算出分解后混合氣體中含有乙炔、甲烷和氫氣的物質(zhì)的量，再結(jié)合平均分子質(zhì)量及質(zhì)量守恒列式計(jì)算出主反應(yīng)中分解的甲烷的物質(zhì)的量，最后計(jì)算出甲烷分解的總物質(zhì)的量及分解率．

解答 解：（1）標(biāo)況下10.08L乙炔的物質(zhì)的量為：$\frac{10.08g}{22.4L/mol}$=0.45mol，設(shè)需要CaC₂含量為96%的電石的質(zhì)量為xg，根據(jù)反應(yīng)CaC₂+2H₂O=Ca（OH）₂+C₂H₂↑可知，$\frac{96%x}{64}$=0.45mol，解得：x=30
答案為：30
2）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，①②中隨著碳化物質(zhì)量的增加，生成氣體體積增大，③④中生成氣體體積相等，而碳化物的質(zhì)量不同，說明①②中碳化物不足、水過量，而③④中水完全反應(yīng)，碳化物過量，
設(shè)①中Al₄C₃、Mg₂C₃的物質(zhì)的量分別為x、y，根據(jù)質(zhì)量可得：144x+84y=7.8，根據(jù)生成氣體體積可得：3x+y=$\frac{2.8}{22.4}$=0.125，聯(lián)立解得：x=0.025mol、y=0.05mol，故混合物中Al₄C₃與Mg₂C₃的物質(zhì)的量之比為：0.025mol：0.05mol=1：2，
故答案為：1：2；
②根據(jù)反應(yīng)Al₄C₃+12H₂O→4Al（OH）₃+3CH₄↑、Mg₂C₃+4H₂O→2Mg（OH）₂+C₃H₄↑可知，參與反應(yīng)的水的物質(zhì)的量是生成氣體的物質(zhì)的量的4倍，③④中水不足，完全反應(yīng)，則參與反應(yīng)的水的物質(zhì)的量為：$\frac{7L}{22.4L/mol}$×4=1.25mol，水的質(zhì)量為：22.5g，
故答案為：22.5g；
（3）燒瓶質(zhì)量減輕了7.4g，減輕的質(zhì)量為生成氣體的質(zhì)量，根據(jù)反應(yīng)Al₄C₃+12H₂O→4Al（OH）₃+3CH₄↑、CaC₂+2H₂O=Ca（OH）₂+C₂H₂↑可知，生成氣體為乙炔和甲烷，總物質(zhì)的量為：$\frac{8.96L}{22.4L/mol}$=0.4mol，設(shè)甲烷的物質(zhì)的量為x、乙炔的物質(zhì)的量為y，則x+y=0.4、16x+26y=7.4g，聯(lián)立解得：x=0.3mol、y=0.1mol，
0.03gC的物質(zhì)的量為：$\frac{0.03g}{12g/mol}$=0.0025mol，根據(jù)副反應(yīng)CH₄→C（s）+2H₂可知，反應(yīng)分解的甲烷的物質(zhì)的量為0.0025mol，生成氫氣的物質(zhì)的量為：0.0025mol×2=0.005mol，
設(shè)主反應(yīng)2CH₄→C₂H₂+3H₂中甲烷分解的物質(zhì)的量為xmol，則反應(yīng)生成乙炔的物質(zhì)的量為0.5xmol，生成氫氣的物質(zhì)的量為1.5xmol，
甲烷分解后的氣體中含有乙炔的物質(zhì)的量為：（0.1+0.5x）mol，甲烷的物質(zhì)的量為：（0.3-x-0.0025）mol=（0.2975-x）mol，氫氣的物質(zhì)的量為：（0.005+1.5x）mol，分解后氣體的質(zhì)量為：7.4g-0.03g=7.37g，
根據(jù)平均分子質(zhì)量為11，平均摩爾質(zhì)量為11g/mol，則：11g/mol×（0.1+0.5x+0.2975-x+1.5x+0.005）mol=7.37g，解得：x=0.272mol，
甲烷分解的總物質(zhì)的量為：0.272mol+0.0025mol=0.2745mol，
所以甲烷的分解率為：$\frac{0.2745mol}{0.3mol}$×100%=91.5%，
答：甲烷的分解率為91.5%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了混合物反應(yīng)的計(jì)算，題目難度較大，注意明確討論法、平均摩爾質(zhì)量及質(zhì)量守恒定律在化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用，（3）為難點(diǎn)，涉及的計(jì)算量較大，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力．