Question

7．Cl₂和NO₂在室温下可以化合成一种新的气态化合物C，为了测定C的分子组成，进行以下实验：取总体积为5L的混合气体，测定反应后气体总体积V，随着Cl₂在混合气中所占体积分数X的变化而发生变化的规律．实验测知当Cl₂所占体积分数为20%或60%时，反应后的气体总体积均为4L．
（1）写出反应的化学方程式；
（2）试讨论当x取不同值时，反应后气体总体积V随x变化的函数关系．

Answer 1

分析 （1）由题意可知，当5L×0.2=1L的Cl₂和5L×（1-0.2）=4L的NO₂反应或5L×0.6=3LCl₂和5L-3L=2L的NO₂反应，最后均得4L气体，可推出1LCl₂与2LNO₂正好反应生成2L气态新物质．由阿伏加德罗定律，可知反应Cl₂、NO₂、新物质的物质的量比例为1：2：2，利用质量守恒定律，该反应为：Cl₂+2NO₂=2NClO₂；
（2）由写出的方程式进行讨论型过量计算，当V（Cl₂）：V（NO₂）=1：2时，即x=$\frac{1}{3}$时，二者正好反应，当x＞$\frac{1}{3}$时，Cl₂过量，同理得到当x＜$\frac{1}{3}$时，得V=5（1-x）L，结合方程式计算解答．

解答 解：（1）由题意可知，5L×0.2=1L的Cl₂和5L×（1-0.2）=4L的NO₂反应或5L×0.6=3LCl₂和5L-3L=2L的NO₂反应，最后均得4L气体，可推出1LCl₂与2LNO₂正好反应生成2L气态新物质，由阿伏加德罗定律，可知反应Cl₂、NO₂、新物质的物质的量比例为1：2：2，利用质量守恒定律可得反应方程式：Cl₂+2NO₂=2NClO₂，
答：反应的化学方程式为Cl₂+2NO₂=2NClO₂；
（2）当V（Cl₂）：V（NO₂）=1：2=时，即x=$\frac{1}{3}$时，二者正好反应，生成NClO₂气体V=5L×$\frac{1}{3}$×2=$\frac{10}{3}$L；
当x＞$\frac{1}{3}$时，Cl₂过量，则：
Cl₂+2 NO₂=2NClO₂ △V
 1    2    2     1
  （5-5x）L      0.5（5-5x）L
V=5L-0.5（5-5x）L=2.5（x+1）L，
同理得到当x＜$\frac{1}{3}$时，NO₂过量，则：
Cl₂+2NO₂=2NClO₂ △V
 1    2     2     1
5xL               5xL
V=5L-5x L=5（1-x）L，
即：0＜x≤$\frac{1}{3}$，V=5（1-x）L；$\frac{1}{3}$≤x＜1，V=2.5（1+x）L，
答：反应后总体积V随x变化的函数关系为0＜x≤$\frac{1}{3}$，V=5（1-x）L；$\frac{1}{3}$≤x＜1，V=2.5（1+x）L．

点评 本题考查混合物反应的计算、化学方程式有关计算，题目难度中等，确定发生的反应是解题关键，注意掌握讨论法在化学计算中的应用，试题培养了学生的分析、理解能力及化学计算能力．