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              北大附中奧化教程---解含烴混合氣體計算的常用八法[整理]  共用

              • 文件大小:93 KB
              • 資料類型:試題 資料編號:977434
              • 感謝網友:shuxuea上傳  審核人:shulihua
              • 上傳時間:2014年08月10日 19時38分00秒
              • 更新時間:2014年08月10日 19時38分00秒
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              文件簡介::


              學科:奧化


              教學內容:解含烴混合氣體計算的常用八法


              一、代數法
              代數法在化學計算中應用廣泛,常用來解決物質的量、質量、體積等問題,特別適用于對混合物中各組份含量的計算。代數法解化學計算題,先根據題目所求設未知數,再根據化學原理或概念,尋找解題的突破口,把計算題中的已知量和未知量結合起來,找出有關數值間量的關系,建立代數方程式或方程組,再求解。此法能使某些復雜的問題簡單化,條理化,程序化,使分析的問題思路清晰,計算準確。
              例lCH4在一定條件下反應可以生成C2H4、C2H6(水和其它反應產物忽略不計)。取一定量CH4經反應后得到的混合氣體,它在標準狀況下的密度為0.780g/L已知反應中CH4消耗20%,計算混合氣體中C2H4的體積分數。
              解析:設反應前CH4為1mol,其中xmol轉化為C2H4即生成molC2H4和molC2H6。反應后混合氣體的總物質的量=1mol×(1-20%)十mol+mol=0.900mol。
              根據密度的概念列代數方程式:

              C2H4的體積分數


              二、守恒法
              化學反應是原子重新組合的過程,原子的種類及數目在反應前后均不發生改變。因此化學反應前反應物的質量總和必然等于反應后生成物的質量總和,即質量守恒。該法在化學計算中應用也很廣泛,用此法可以求元素的相對原子質量、相對分子質量、分子式、混合物組成以及進行溶解度、溶液濃度等計算。
              此法推廣:由甲狀態→乙狀態(可以是物理變化或化學變化)中,總可找到某一物理量,其值在變化前后不發生變化。利用物理量的不變性列出等式而解題稱廣義守恒法。在狀態改變過程中,其總值可以不變的物理量有:質量、化合價、物質的量、電荷、體積、濃度等。守恒法解題關鍵是:巧妙地選擇兩狀態中總值不發生改變的物理量,建立關系式,從而簡化思路,能使解題達到事半功倍的效果。
              例2把mmolC2H4和nmolH2混合于密閉容器中,在適當的條件下,反應達到平衡時生成pmolC2H6,若將所得平衡混合氣體完全燃燒生成CO2和H2O,需要氧氣為多少摩爾?
              解析:若按化學平衡問題先求出平衡時混合氣體各組分各多少摩爾,分別燃燒各需氧氣多少摩爾,再求氧氣總物質的量,太煩鎖。C2H4與H2在整個加成反應過程中C、H原子個數都不變,因而平衡時混合氣體耗氧量等于反應前C2H4和H2燃燒耗氧總量。
              平衡時混合體燃燒耗氧量=mol。

              三、差量法
              任一化學反應:
              A十B=C+D差量
              ada—d
              xyx—y
              存在如下比例關系:

              化學方程式所反映的各物質的差量存在多種形式,主要是:質量差,物質的量差,壓強差等。根據差量法解題公式知,其解題關鍵是審清題意,依據化學反應列出反應前后有關物質的數量及差量,即a,d及(a—d)再與題目中給定的差量(x一y)組成比例式,求解得答案。
              例3某氣態烴與氧氣的混合氣體在密閉容器中,完全燃燒后容器內壓強與燃燒前壓強相等,燃燒前后的溫度都保持在150℃。該烴不可能是()。
              (A)CH4(B)C2H4
              (C)C3H4(D)C3H6
              解析:設該氣態烴分子式為CxHy
              則△n
              1x
              △n=0即。
              即含4個H原子的烴,100℃以上燃燒前后氣體分子數不變,壓強不變。選(D)。
              同樣分析知(1)100℃以上,H原子數小于4的氣態烴,燃燒后壓強減小:H原子數大于4的氣態烴燃燒后,壓強增大。(2)100℃以下,因生成水為液態,則所有氣態烴燃燒后氣體分子數都減小(1+x+﹥x),壓強都減小。

              四、中間數值法利用各種物理量的平均值來解化學計算題的方法,稱為平均值法。
              此法是從求混合氣體平均分子量的公式=M1a1%+M2a2%推廣而來。它巧用了平均含義,即M1≠M2且均大于零時,存在,只要求出平均值,就可判斷M1,M2的取值范圍,該法省去復雜的數學計算過程,從而迅速解出答案。
              應當指出上式中M不單指式量,亦可代表相對原子質量、體積、質量、物質的量、摩爾質量及質量分數等。所以應用范圍很廣,特別適合于分析二元混合物的平均組成。
              例4一種氣態烷烴和一種氣態烯烴組成的混合物共10克,混合氣體的密度是相同狀況下氫氣的12.5倍,該混合氣體通過溴水時,溴水的質量增加8.4克,則該混合氣體是由什么組成的?
              解析:(1)混合氣體平均分子量。
              (2)根據中間數值法,確定烷烴是甲烷。
              平均分子量等于25的烴有兩種情況:兩氣態烴分子量都等于25,經分析沒有這種氣態烴;兩氣態烴中有一種分子量小于25的烴,而分子量小于25的烴只有甲烷,所以兩種烴中其中一種必定為CH4。
              (3)根據平均分子量求另一種烴設烯烴為CnH2n。
              m(烯烴)=8.4g,
              m(CH4)=10—8.4=1.6g。

              n=2即烯烴是乙烯。

              五、十字交叉法
              對于具有相同性質(指某些方面)的兩種體系,如果用M表示與已知的兩個量M1,M2有關的平均值,n1、n2。表示M1,M2對應的分數。
              則有:n1M1=n2M2=(n1+n2)
              整理得
              以M為中心可把(1)中五個相關量組合成(斜)十字交叉計算圖。

              由圖知,五個量中知其四,就可求出第五個量;或者知道M1,M2及就可求兩體系的比例,這種運算方法稱十字交叉法,十字交叉法簡便,敏捷。
              十字交叉法一般只適用于兩種已知成分組成的混合體系,解題關鍵往往在于求平均。要搞清十字交叉法中比值的含義:當以一定質量的混合體系為基準,所得比值為質量比,當以一定物質的量或體積的混合體系為基準,所得比值為物質的量比。
              十字交叉法應用范圍:組分混合體系的總量等于兩組的分量之和。溶液混合時一般體積無加和性,對于體積、物質的量濃度不適用。十字交叉法廣泛應用于有關同位素、相對原子量、溶質質量、二組分混合物式量分數、化學反應中的物質的量、體積、電子轉移數及反應熱等方面計算。
              例5有CH4和C2H4混合氣體,其密度是同溫同壓下乙烷的,求混合氣體中CH4的質量分數。
              解析:相同狀態下氣體密度比等于分子量之比

              由十字交叉法得:

              混合氣體中CH4的質量分數為。

              六、方程式疊加法
              疊加法:把各步化學方程式乘以適當的系疊加成一個總的化學方程式,進而找出關系式的方法。
              例6將xmolO2,ymolCH4和zmolNa2O2放入密閉容器中,在150℃條件下用電火花引發,恰好完全反應后,容器內壓強為0,通過計算確立x,y和z之間的關系式。
              解析:根據反應后氣體壓強等于0,所以可將以下反應方程式相加,消除氣體2CH4+4O22CO2十4H2O
              2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2
              2CO2+2Na2O2=8NaOH+2O2
              2CH4+O2+6Na2O2=8NaOH+2Na2CO3
              所以x:y:z=1:2:6即6x=3y=z。

              七、待定系數法
              根據題意直接寫出方程式,并在反應物及生成物前待以系數,最后找出系數間關系。
              例7丁烷催化裂化時,碳鏈按兩種方式斷裂生成兩種烷烴和烯烴,若丁烯裂化率為90%,且裂化生成的兩種烯烴的質量相等,求裂化后得到的分子量最小氣體在混合氣體中所占體積分數。
              解析:丁烷催化裂化,有如下方程式
              C4H10→CH4+C3H6(1)
              C4H10C2H6+C2H4(2)
              將(1)(2)合并,系數待配
              aC4H10→bCH4+bC3H6+cC2H6+cC2H4
              由m(C3H6)=m(C2H4),所以b:c=2:3,
              令b=2,則c=3,a=5。
              5C4H102CH4+2C3H6+3C2H6+3C2H4
              CH4所占體積分數為=20%。

              八、討論法
              此法一般適合與其他計算方法一起使用。特點是:由于題中包含不確定因素,必須通過全面的分析,一一列出幾種可能性,然后再根據已知條件一一對照幾種可能的結論,應用化學概念、化學定律、原理進行分析,逐一將有矛盾的結論淘汰,最后得到正確結論,所以這種解法的關鍵是進行全面的分析和推斷。
              例81L乙炔和氣態烯烴混合物與11LO2混合后點燃,充分反應后,氣體的體積為12L,求原1L混合氣體中各成分及物質的量比(反應前后均為182℃、1.01×105Pa)。
              解析:設混合烴的平均分子式為CxHy
              CxHy+(x+)O2→xCO2十H2O△V
              1x
              ∵△V=0,∴-1=0,y=4
              C2H2分子中H原子個數為2,而混合烴平均組成中H原子個數為4。
              所以烯烴中H原子個數必大于4,又因為是氣態烯烴,碳原子個數必小于4,所以烯烴只能是C3H6或C4H8。


              附:(2001年全國高考題第26題)標準狀況下1.68L無色可燃氣體在足量氧氣中完全燃燒。若將產物通入足量澄清石灰水,得到的白色沉淀質量為15.0g;若用足量堿石灰吸收燃燒產物,增重9.3g。
              (1)計算燃燒產物中水的質量。
              (2)若原氣體是單一氣體,通過計算推斷它的分子式。
              (3)若原氣體是兩種等物質的量的氣體的混合物,其中只有一種是烴,請寫出它們的分子式(只要求寫出一組)。
              答案:H2和C4H6(或CO和C3H8等)。
                  

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