Question

3．臭氧比氧气具有更强的氧化性．可将氧气通过高压放电管来制取臭氧：3O₂$\stackrel{放电}{→}$2O₃
（1）若上述反应的转化率为30%，所得混合气的平均摩尔质量为35.6（保留一位小数），若上述反应的转化率增至40%，则混合气的平均摩尔质量增大（填增大、不变、减小）．
（2）将8L氧气通过放电管后，恢复到原状况，得到气体6.5L，其中臭氧为3L．
（3）实验室将氧气和臭氧的混合气体0.896L（标准状况）通入盛有20.0g铜粉的反应器中，充分加热后，粉末的质量变为21.6g．则原混合气中臭氧的体积分数为50%．

Answer 1

分析 （1）先根据转化率，利用方程式计算出各自的物质的量，然后根据平均摩尔质量等于气体的总质量与总物质的量之比；反应正向进行，混合气体的质量不变，物质的量减小；
（2）根据气体差量，利用差量法计算生成臭氧的体积；
（3）根据0.896L混合气体物质的量为$\frac{0.896L}{22.4L/mol}$=0.04mol，气态全部参与反应，根据氧气、臭氧的总质量、总物质的量列方程计算各自物质的量，进而计算臭氧的体积分数．

解答 解：（1）假设有1molO₂，反应的转化率为30%，发生反应的O₂为：1mol×30%=0.3mol，
       3O₂ $\stackrel{通电}{→}$  2O₃
开始  1mol       0
反应  0.3mol   0.2mol
平衡  0.7mol   0.2mol
故反应后所得气体为0.2molO₃和0.7molO₂，平均摩尔质量为M=$\frac{0.7mol×32g/mol+0.2mol×48g/mol}{0.7mol+0.2mol}$=35.6 g/mol； 反应正向进行，混合气体的质量不变，物质的量减小，所以平均摩尔质量增大；
案为：35.6；增大；
（2）3O₂ $\stackrel{放电}{→}$2O₃ △V
            2            1                                  
           V（O₃）    （8-6.5）L=1.5L
解得：V（O₃）=2×1.5 L=3L；
故答案为：3；
（3）0.896L混合气体物质的量为$\frac{0.896L}{22.4L/mol}$=0.04mol，反应后固体质量增重21.6g-20g=1.6g，气态全部参与反应，设氧气、臭氧的物质的量分别为xmol、ymol，根据二者总质量、总物质的量，则：$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.04}&{\;}\\{32x+48y=1.6}&{\;}\end{array}\right.$
解得：x=0.02，y=0.02，故臭氧的体积分数为$\frac{0.02mol}{0.04mol}$×100%=50%，
故答案为：50%．

点评 本题主要考查混合物计算，涉及差量法、原子守恒法的运用，难度中等．