Question

13．一定條件下，燃燒2.24L的CO和O₂的混合氣體時，共放出a kJ的熱量，反應(yīng)后氣體的密度為原氣體密度的1.5倍，相同條件下，燃燒同樣體積的N₂O和CO的混合物，共得到3種氣體產(chǎn)物，3種氣體均能參與大氣循環(huán)，反應(yīng)中放出b kJ熱量，并測得原混合氣體的密度是反應(yīng)后混合氣體密度的$\frac{7}{6}$倍．（以上氣體的體積均在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測定）．試確定：
（1）求CO的燃燒熱．
（2）N₂O與CO所組成的混合物中氣體的體積之比．
（3）由單質(zhì)生成1mol N₂O時的焓變．

Answer 1

分析 （1）CO和O₂反應(yīng)后氣體密度變?yōu)樵瓪怏w密度的1.5倍，根據(jù)質(zhì)量守恒可知，反應(yīng)后的氣體體積為反應(yīng)前的氣體體積的$\frac{2}{3}$；而由CO的燃燒反應(yīng)方程式2CO+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2CO₂可見反應(yīng)后的CO₂體積剛好是反應(yīng)前CO和O₂體積的$\frac{2}{3}$，所以混合氣體中CO和O₂體積比恰好為2：1；標(biāo)況下2.24L氣體為0.1mol，其中含有$\frac{1}{15}$molCO和$\frac{1}{30}$molO₂，$\frac{1}{15}$mol的CO完全燃燒產(chǎn)生akJ熱量，據(jù)此計算出一氧化碳的反應(yīng)熱；
（2）由于產(chǎn)生三種可參與大氣循環(huán)的氣體，產(chǎn)生的氣體為二氧化碳、氮氣和氧氣，N₂O和CO可能發(fā)生的反應(yīng)只能為：N₂O+CO=N₂+CO₂、2N₂O=2N₂+O₂，反應(yīng)后氣體密度減小為反應(yīng)前的$\frac{6}{7}$，結(jié)合質(zhì)量守恒可知，反應(yīng)后氣體體積增大為反應(yīng)前的$\frac{7}{6}$，即增大了$\frac{1}{6}$體積，上述兩個反應(yīng)第一個反應(yīng)前后體積不變，而第二個反應(yīng)2體積的N₂O反應(yīng)后增大為3體積的N₂和O₂混合氣體，因此可知在原混合氣體中有$\frac{1}{3}$體積的N₂O直接發(fā)生了分解，而剩余$\frac{2}{3}$體積氣體中有$\frac{1}{3}$體積的N₂O和$\frac{1}{3}$體積的CO發(fā)生了第一個反應(yīng)，據(jù)此據(jù)此N₂O與CO所組成的混合物中氣體的體積之比；
（3）燃燒N₂O和CO混合氣體的反應(yīng)也可以看成如下兩個反應(yīng)之和：2N₂O=2N₂+O₂、2CO+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2CO₂，由于其中含有$\frac{1}{30}$mol的CO，可知第二個反應(yīng)放出的熱量為：15akI/mol×$\frac{1}{30}$mol=$\frac{a}{2}$kJ，而總反應(yīng)放出的熱量為bkJ，因此N₂O分解放出的熱量為（b-$\frac{a}{2}$）kJ（如果該值小于0就是吸收熱量了），因此可知生成$\frac{1}{15}$molN₂O需要吸收（b-$\frac{a}{2}$）kJ熱量，據(jù)此計算出生成1molN₂O需要吸收的熱量．

解答 解：（1）一氧化碳與氧氣的反應(yīng)方程式為：2CO+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2CO₂，CO和O₂反應(yīng)后氣體密度變?yōu)樵瓪怏w密度的1.5倍，根據(jù)質(zhì)量守恒可知，反應(yīng)后的氣體體積為反應(yīng)前的氣體體積的$\frac{2}{3}$；而由CO的燃燒反應(yīng)方程式2CO+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2CO₂可見反應(yīng)后的CO₂體積剛好是反應(yīng)前CO和O₂體積的$\frac{2}{3}$，所以混合氣體中CO和O₂體積比恰好為2：1；
標(biāo)況下2.24L氣體為0.1mol，因此其中含有$\frac{1}{15}$molCO和$\frac{1}{30}$molO₂，$\frac{1}{15}$mol的CO完全燃燒產(chǎn)生akJ熱量，則CO的燃燒熱為：$\frac{akJ}{\frac{1}{15}mol}$=15akJ/mol，
答：一氧化碳的燃燒熱為15akJ/mol；
（2）由于產(chǎn)生三種可參與大氣循環(huán)的氣體，則N₂O和CO可能發(fā)生的反應(yīng)只能為：N₂O+CO=N₂+CO₂、2N₂O=2N₂+O₂，反應(yīng)后氣體密度減小為反應(yīng)前的$\frac{6}{7}$，結(jié)合質(zhì)量守恒可知，反應(yīng)后氣體體積增大為反應(yīng)前的$\frac{7}{6}$，即增大了$\frac{1}{6}$體積，上述兩個反應(yīng)第一個反應(yīng)前后體積不變，而第二個反應(yīng)2體積的N₂O反應(yīng)后增大為3體積的N₂和O₂混合氣體，因此可知在原混合氣體中有$\frac{1}{3}$體積的N₂O直接發(fā)生了分解，而剩余$\frac{2}{3}$體積氣體中有$\frac{1}{3}$體積的N₂O和$\frac{1}{3}$體積的CO發(fā)生了第一個反應(yīng)，即混合氣體中有$\frac{1}{15}$mol的N₂O和$\frac{1}{30}$mol的CO，體積比為2：1；
答：N₂O與CO所組成的混合物中氣體的體積之比為2：1；
（3）燃燒N₂O和CO混合氣體的反應(yīng)也可以看成如下兩個反應(yīng)之和：2N₂O=2N₂+O₂、2CO+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2CO₂，由于其中含有$\frac{1}{30}$mol的CO，可知第二個反應(yīng)放出的熱量為：15akI/mol×$\frac{1}{30}$mol=$\frac{a}{2}$kJ，而總反應(yīng)放出的熱量為bkJ，因此N₂O分解放出的熱量為（b-$\frac{a}{2}$）kJ（如果該值小于0就是吸收熱量了），因此可知生成$\frac{1}{15}$molN₂O需要吸收（b-$\frac{a}{2}$）kJ熱量，所以生成1molN₂O需要吸收的熱量為：=$\frac{b-\frac{a}{2}}{\frac{1}{15}}$kJ=15（b-$\frac{a}{2}$）kJ，即焓變?yōu)?5（b-$\frac{a}{2}$）kJ/mol，
答：由單質(zhì)生成1mol N₂O時的焓變?yōu)?5（b-$\frac{a}{2}$）kJ/mol．

點評 本題考查了混合物反應(yīng)的計算，題目難度中等，涉及焓變、反應(yīng)熱、物質(zhì)的量的計算，試題計算量較大，充分考查學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計算能力，明確發(fā)生反應(yīng)的原理為解答關(guān)鍵．