Question

空燃比是指汽车发动机中燃烧1kg燃料消耗的空气质量（kg），它是影响汽车尾气污染物含量的最基本因素．而理想空燃比是指燃料与氧气恰好完全燃烧时的1kg燃料所消耗空气的质量．回答下列问题[为简化计算，设汽油的成分为辛烷（C₈H₁₈），空气中只含有氮气和氧气，氧气在空气中的体积分数为20%]：
（1）氧气在空气中的质量分数为

 

，（计算结果取三位有效数字，下同）；
（2）计算该燃料的理想空燃比

 

；
（3）若燃烧过程中除CO₂外，还有CO生成，说明实际空燃比

 

（填“＞”、“＜”或“=”）理想空燃比．若产物中CO与CO₂的体积比1：7，计算实际空燃比；
（4）若燃烧产生的尾气冷却后，测得其中CO的体积分数为x，计算：
①燃烧1mol燃料生成CO的物质的量α（用x表示）；
②实际空燃比y（用x表示）．

Answer 1

考点：化学方程式的有关计算,元素质量分数的计算

专题：

分析：（1）氧气在空气中的体积分数为20%，氮气的体积占80%，设空气为1L，则氧气质量为

1L×20%

Vm

×32g/mol，空气质量为

1L×20%

Vm

×32g/mol+

1L×80%

Vm

×28g/mol；
（2）理想空燃比是指燃料与氧气恰好完全燃烧时的1kg燃料所消耗空气的质量，由C₈H₁₈+

25

2

O₂

点燃

8CO₂+9H₂O计算1kg消耗的空气；
（3）若燃烧过程中除CO₂外，还有CO生成，则燃烧不充分，消耗空气减小；若产物中CO与CO₂的体积比为1：7，结合C₈H₁₈+12O₂

点燃

7CO₂+CO+9H₂O计算；
（4）①C₈H₁₈+

25-α

2

O₂

点燃

（8-α）CO₂+αCO+9H₂O，燃烧1mol燃料产生的尾气中氮气的物质的量为

25-α

2

×

80%

20%

=50-2α，根据CO的体积分数x=

α

50-2α+8

计算；
②由C₈H₁₈+

25-α

2

O₂

点燃

（8-α）CO₂+αCO+9H₂O求出1kg辛烷燃烧消耗氧气的质量，氮气的物质的量为氧气的四倍，从而计算氮气的质量，二者的和为实际空燃比y．

解答： 解：（1）氧气在空气中的体积分数为20%，氮气的体积占80%，设空气为1L，则氧气质量为

1L×20%

Vm

×32g/mol，空气质量为

1L×20%

Vm

×32g/mol+

1L×80%

Vm

×28g/mol，则氧气在空气中的质量分数为

32×20%

32×20%+28×80%

×100%=22.2%，
故答案为：23.2%；
（2）理想空燃比是指燃料与氧气恰好完全燃烧时的1kg燃料所消耗空气的质量，由C₈H₁₈+

25

2

O₂

点燃

8CO₂+9H₂O可知，设消耗氧气质量为y，则
C₈H₁₈+

25

2

O₂

点燃

8CO₂+9H₂O
114   

25

2

×32
1kg     y
y=3.5088kg，
理想空燃比为

3.5088kg

22.2%

=15.8kg，
故答案为：15.8；
（3）若燃烧过程中除CO₂外，还有CO生成，则燃烧不充分，消耗空气减小，则实际空燃比＜理想空燃比；若产物中CO与CO₂的体积比为1：7，设消耗氧气质量为z，则
C₈H₁₈+12O₂

点燃

7CO₂+CO+9H₂O
114  12×32
1kg    z
z=3.3684kg，
实际空燃比为

3.3684kg

22.2%

=15.2，
故答案为：＜；15.2；
（4）①C₈H₁₈+

25-α

2

O₂

点燃

（8-α）CO₂+αCO+9H₂O，燃烧1mol燃料产生的尾气中氮气的物质的量为

25-α

2

×

80%

20%

=50-2α，根据CO的体积分数x=

α

50-2α+8

，α=

58x

1+2x

，
答：燃烧1mol燃料生成CO的物质的量α=

58x

1+2x

；
②设1kg辛烷燃烧消耗氧气的质量为m kg，则
C₈H₁₈+

25-α

2

O₂

点燃

（8-α）CO₂+αCO+9H₂O
114  

25-α

2

×32
1       m
m=

25-α 2 ×32

114

=

16×(25-α)

114

=

16×(25- 58x 1+2x )

114

=

12.5-4x

114(1+2x)

×32，
氮气的质量为

12.5-4x

114(1+2x)

×4×28kg，
总共消耗空气的质量为

12.5-4x

114(1+2x)

×32kg+

12.5-4x

114(1+2x)

×4×28kg=

144(12.5-4x)

114(1+2x)

kg=

72(12.5-4x)

57(1+2x)

kg，
即实际空燃比y=

72(12.5-4x)

57(1+2x)

．
答：实际空燃比y=

72(12.5-4x)

57(1+2x)

．

点评：本题考查化学反应方程式的计算，为高频考点，把握燃烧通式及物质的质量关系为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，计算较繁琐，题目难度较大．