根据初中化学知识,甲烷(CH₄)在氧气不足时燃烧会生成二氧化碳(CO₂)、一氧化碳(CO)和水(H₂O)。若16克甲烷燃烧后,生成的二氧化碳与一氧化碳的质量比为11:7,求参加反应的氧气质量。以下是计算过程及答案解析。
题目:
当氧气不足时,甲烷燃烧的产物为CO₂、CO和H₂O。现有16克甲烷在此条件下燃烧,测得生成CO₂和CO的质量比为11:7。计算参加反应的O₂的质量。
A. 48克 B. 56克 C. 64克 D. 72克
解析过程:
1. 利用氢元素守恒计算水的质量:
甲烷(CH₄)的相对分子质量为16。16克甲烷即为1摩尔,其中含有4摩尔氢原子。根据氢元素守恒,这些氢原子将全部转入生成的水(H₂O)中。由于1摩尔水含有2摩尔氢原子,因此生成水的物质的量为2摩尔,其质量为2 × 18 = 36克。
2. 利用碳元素守恒计算CO₂和CO的质量:
设生成CO₂的物质的量为x摩尔,CO的物质的量为y摩尔。根据碳元素守恒,甲烷中的1摩尔碳原子会平均分配到CO₂和CO中,因此有:
x + y = 1 (碳原子总数不变)
又因为CO₂和CO的质量比为44x : 28y = 11 : 7,可简化为:
44x × 7 = 28y × 11
308x = 308y
由此得出 x = y。
结合x + y = 1,解得 x = y = 0.5摩尔。
因此,CO₂的质量为 0.5 × 44 = 22克,CO的质量为 0.5 × 28 = 14克。
3. 利用质量守恒定律计算氧气质量:
化学反应前后总质量保持不变。
生成物总质量 = CO₂质量 + CO质量 + H₂O质量 = 22克 + 14克 + 36克 = 72克。
反应物总质量 = 甲烷质量 + 氧气质量。
设氧气质量为m,则:
16克 + m = 72克
解得:m = 56克。
答案:
参加反应的氧气质量为56克,选B。
核心思路:
本题综合运用了元素守恒(氢、碳)和质量守恒定律。先通过氢元素守恒确定水的质量,再通过碳元素守恒及质量比求出CO₂和CO的具体质量,最后根据总质量守恒反推出氧气的质量。这是解决有机物不完全燃烧计算的常用方法。
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