Question

9．由H₂、C₂H₂、C₂H₄组成的1L混合气体在一定条件下发生加成反应，反应后气体总体积变成xL（气体体积均在标准状况下测定），请回答：
（1）当反应后三种气体均无剩余时，x的取值范围是多少？若x=0.4时，原混合气体H₂、C₂H₂、C₂H₄的体积比是多少？
（2）当x=0.6且反应后混合气体密度为0.714g/L时，原混合气体H₂、C₂H₂、C₂H₄的体积比是多少？

Answer 1

分析 （1）由H₂、C₂H₂、C₂H₄组成的1L混合气体在一定条件下发生加成反应，方程式分别为2H₂+C₂H₂→C₂H₆，H₂+C₂H₄→C₂H₆，可利用端值法计算x的取值范围，结合方程式计算x=0.4时，原混合气体H₂、C₂H₂、C₂H₄的体积比；
（2）当x=0.6且反应后混合气体密度为0.714g/L时，气体的平均相对分子质量为0.714×22.4=16，说明氢气过量，反应后的气体为氢气和乙烷，根据相对分子质量计算二者的体积之比，可计算氢气和乙烷的体积，然后利用反应前后的体积关系列方程组计算体积比．

解答 解：（1）由H₂、C₂H₂、C₂H₄组成的1L混合气体在一定条件下发生加成反应，方程式分别为2H₂+C₂H₂→C₂H₆，H₂+C₂H₄→C₂H₆，由方程式可知，如果恰好是乙烯和氢气加成，则x=0.5，如果恰好是乙炔和氢气加成，则x=$\frac{1}{3}$，所以x的取值范围是$\frac{1}{3}$＜x＜$\frac{1}{2}$，
设原混合气体H₂、C₂H₂、C₂H₄的体积分别为x、y、z，则根据方程式可知$\left\{\begin{array}{l}{x+y+z=1}\\{2y+z=0.4}\\{y+z=0.4}\end{array}\right.$，
所以解得x=0.6，y=0.2，z=0.2，
因此混合气体H₂、C₂H₂、C₂H₄的体积比是3：1：1，
答：原混合气体H₂、C₂H₂、C₂H₄的体积比是3：1：1；
（2）当x=0.6且反应后混合气体密度为0.714g/L时，气体的平均相对分子质量为0.714×22.4=16，说明氢气过量，因此反应后的气体是乙烷和氢气的混合气，则二者的体积之比是$\frac{16-2}{30-16}$=1：1，所以反应后含有0.3L氢气和0.3L乙烷，
设原混合气体H₂、C₂H₂、C₂H₄的体积分别为a、b、c，
则a+b+c=1，b+c=0.3，所以a=0.7，又因为2b+c=0.7-0.3=0.4，所以c=0.1，则b=0.2，
因此原混合气体H₂、C₂H₂、C₂H₄的体积比为7：2：1，
答：原混合气体H₂、C₂H₂、C₂H₄的体积比是7：2：1．

点评 本题考查了混合物反应的计算，为高频考点，题目难度中等，明确掌握极值法、十字相乘法在化学计算中的应用为解答关键，试题培养了学生的分析、理解能力及化学计算能力．