生态农业涉及农家废料的综合利用,某种肥料经发酵得到一种含甲烷、二氧化碳、氮气的混合气体.2.016L(标准状况)该气体通过盛有红热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4.8g.将反应后产生的气体通过过量的澄清石灰水中,充分吸收,生成沉淀8.5g.(1)原混合气体中甲烷的物质的量是______.(2)原混合气体中氮气的体积分数为多少?(写出计算过程)

问题描述:

生态农业涉及农家废料的综合利用,某种肥料经发酵得到一种含甲烷、二氧化碳、氮气的混合气体.2.016L(标准状况)该气体通过盛有红热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4.8g.将反应后产生的气体通过过量的澄清石灰水中,充分吸收,生成沉淀8.5g.
(1)原混合气体中甲烷的物质的量是______.
(2)原混合气体中氮气的体积分数为多少?(写出计算过程)

(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△m
 1                         16×4
 x                          4.8g
1
x
16×4
4.8
,解得x=0.075mol,
故答案为:0.075mol;            
(2)由反应后产生的气体通过过量的澄清石灰水中,充分吸收,生成沉淀8.5g,沉淀为碳酸钙,
由C原子守恒可知,n(CO2)=
8.5g
100g/mol
=0.085mol,
CH4+4CuO
CO2+2H2O+4Cu  
0.075mol    0.075mol
则原混合气体中n(CO2)为0.085mol-0.075mol=0.01mol,
混合气体的总物质的量为
2.016L
22.4L/mol
=0.09mol,
所以氮气的物质的量为0.09mol-0.01mol-0.075mol=0.005mol,
原混合气体中氮气的体积分数为
0.005mol
0.09mol
×100%=5.56%,
答:原混合气体中氮气的体积分数为5.56%.
答案解析:(1)由发生的反应为CH4+4CuO
CO2+2H2O+4Cu,当甲烷完全反应后,硬质玻璃管的质量减轻4.8g,可知减少的质量为氧元素的质量,利用差量法计算甲烷的物质的量;
(2)将反应后产生的气体通过过量的澄清石灰水中,充分吸收,生成沉淀8.5g,可知二氧化碳的物质的量,利用气体的总物质的量、甲烷、二氧化碳的物质的量来计算氮气的物质的量,最后计算氮气的体积分数.
考试点:化学方程式的有关计算;有关混合物反应的计算.
知识点:本题考查学生了利用化学反应方程式的计算,明确参加的化学反应及原子守恒是解答本题的关键,难度不大,注意生成碳酸钙沉淀的二氧化碳有两个来源即可解答.