极值法在化学解题中的应用

刘　潇

请看下面一道题:

在常温下的一密闭容器中事先放入1.56g的Na₂O₂,然后再通入乙烷和氧气的混合气体,用电火花引爆,直至Na₂O₂反应完全为止,恢复到原温度,容器内压强近似为零.求:

(1)通入的气体中氧气和乙烷的体积比(相同条件下)范围为_____________;

(2)通入氧气的质量范围为________________.

这道题有多种解法,我认为下面这种方法比较简单.

根据题中“容器内压强近似为零”这一条件,可从反应最后存在的物质入手,经分析反应后容器内的物质有三种可能:

(1)Na₂CO₃、H₂O(液);

(2)Na₂CO₃、NaOH;

(3)Na₂CO₃、NaOH、H₂O(液).

对于以上每一种情况,可依据原子守恒进行判断和计算.

(1)若Na₂O₂为1.56g,即0.02mol,则反应后Na₂CO₃有0.02mol,从而可知原混合气体中C₂H₆应有0.01mol,则生成的H₂O(液)为0.03mol,再依据原子守恒可知O₂为0.025mol,从而原混合气体中C₂H₆和O₂的体积比为0.01/0.025=1/2.5.

(2)这种情况下,可直接设C₂H₆为xmol,O₂为ymol,根据原子守恒可知反应生成的Na₂CO₃是2xmol,NaOH是6xmol,依Na⁺守恒得10x=0.04,x=0.004mol,再依据原子守恒可知O₂为0.004mol,从而原混合气体中C₂H₆和O₂的体积比为0.004/0.004=1/1.

(3)从上述物质组成可以看出,这种情况其实就是介于第(1)种情况和第(2)种情况之间的一种特殊情况.

综上所述,根据极端假设可知,通入的混合气体中O₂和C₂H₆的体积比(相同条件下)范围为1/12