Question

【题目】生态农业涉及农家肥料的综合利用．某种肥料经发酵得到一种含有甲烷、二氧化碳、氮气的混合气体8.96L（标准状况）．该气体通过盛有红色CuO粉末的硬质玻璃管，发生的反应为：CH4+4CuO CO2↑+2H2O↑+4Cu．当甲烷完全反应后，硬质玻璃管的质量减轻了4.8g．将反应后气体通入2L0．lmol/L的澄清Ca（OH）2溶液，充分吸收，生成沉淀10g．求：
（1）原混合气体中甲烷的体积（标准状况）《写出计算过程）
（2）反应后的气体中CO2的物质的量可能为
（3）原混合气体中氮气的体积为 ．

Answer 1

【答案】
（1）0.075mol×22.4L/mol=1.68L
（2）0.1mol或0.3mol
（3）2.24L或6.72L
【解析】解：（1）设甲烷的物质的量为x，当甲烷完全反应后，硬质玻璃管的质量减轻4.8g，则：

CH4+4CuO=CO2+2H2O+4Cu	质量减轻△m
1mol	16×4g
x	4.8g

解得：x= =0.075mol，

原混合气体中甲烷的物质的量为0.075mol，标况下的体积为：0.075mol×22.4L/mol=1.68L，

CH4+4CuO=CO2+2H2O+4Cu	质量减轻△m
1mol	16×4g
x	4.8g

解得：x= =0.075mol，

原混合气体中甲烷的物质的量为0.075mol，标况下的体积为：0.075mol×22.4L/mol=1.68L；
（2）若二氧化碳全部转化为CaCO3，生成10g沉淀是CaCO3，碳酸钙的物质的量为： =0.1mol，故反应后的二氧化碳总的物质的量为0.1mol；若二氧化碳部分转化为CaCO3，生成10g沉淀是CaCO3，物质的量为0.1mol，根据钙离子守恒可知转化生成的Ca（HCO3）2的物质的量为：2L×0.1mol/L﹣0.1mol=0.1mol，故反应后的二氧化碳总的物质的量为0.1mol+0.1mol×2=0.3mol，
所以答案是：0.1mol或0.3mol；
（3）若二氧化碳全部转化为CaCO3，生成10g沉淀是CaCO3，碳酸钙的物质的量为： =0.1mol，故反应后的二氧化碳总的物质的量为0.1mol，甲烷反应生成的二氧化碳的物质的量为0.075mol，故原混合气体中二氧化碳的物质的量为0.1mol﹣0.075mol=0.025mol，原混合物中CO2的体积为0.025mol×22.4L/mol=0.56L，故原混合气体中氮气的体积为：8.96L﹣1.68L﹣0.56L=6.72L，

若二氧化碳部分转化为CaCO3，生成10g沉淀是CaCO3，物质的量为0.1mol，根据钙离子守恒可知转化生成的Ca（HCO3）2的物质的量为：2L×0.1mol/L﹣0.1mol=0.1mol，故反应后的二氧化碳总的物质的量为0.1mol+0.1mol×2=0.3mol，甲烷反应生成的二氧化碳的物质的量为0.075mol，故原混合气体中二氧化碳的物质的量0.3mol﹣0.075mol=0.225mol，原混合物中CO2的体积为0.225mol×22.4L/mol=5.04L，故原混合气体中氮气的体积为：8.96L﹣1.68L﹣5.04L=2.24L，

所以答案是：2.24L或6.72L．