Question

在常温下的一密闭容器中事先放入1.56g过氧化钠，然后再通入乙烷与氧气的混合气体，用电火花引爆，直至反应完全为止，恢复到原温度，容器内压强近似为零。

（1）相同条件下，通入的气体氧气和乙烷的体积比是多少？_____

（2）通入氧气的质量最大应是多少？_____

Answer

0.8g

【解析】

（1）C2H6燃烧生成二氧化碳与水，反应方程式为2C2H6+7O2 4CO2+6H2O，
二氧化碳、水与过氧化钠反应2CO2+2Na2O2═2Na2CO3+O2，2H2O+2Na2O2═4NaOH+O2，生成的氧气循环利用，反应完全为止，恢复到原温度，容器内压强近似为零，容器内没有气体，反应后容器内的物质有三种可能，再依据原子守恒进行判断和计算，据此确定二者的体积之比范围；
（2）为情况①时，通入的氧气的质量最大，为情况②时通入的氧气的质量最小，结合（1）的计算确定氧气的质量范围，据此解答。

(1)根据题中“容器内压强近似为零”，反应后容器内的物质有三种可能：①Na2CO3、H2O（液）；②Na2CO3、NaOH；③Na2CO3、NaOH、H2O（液）。若为情况①，Na2O2为1.56g，即 =0.02 mol，则反应后Na2CO3有0.02mol，可知原混合气体中C2H6应有0.01mol，则生成的H2O(液)为0.03mol，依据O原子守恒可知O2为(0.02mol×3+0.03mol−0.02mol×2)÷2=0.025mol，故原混合气体中和O2和C2H6的体积比为0.025mol：0.01mol=2.5：1；

若为情况②，设C2H6为x mol、O2为ymol，根据原子守恒可知反应生成的Na2CO3是2x mol，NaOH是6x mol，依Na+守恒得10x=0.04，解得x=0.004mol，依据O原子守恒可知O2为(0.004mol×2×3+0.004mol×6−0.02mol×2)÷2=0.004mol，故原混合气体中和O2和C2H6的体积比为0.004mol：0.004mol=1：1；

若情况③，从上述物质组成可以看出，这种情况是介于第①种情况和第②种情况之间的。

综上所述，通入的混合气体中O2和C2H6的体积比(相同条件下)范围为1：1⩽V(O2):V(C2H6)⩽2.5：1（或），

答：通入的气体氧气和乙烷的体积比是；

（2）通入氧气最大量时按①进行。

n(O2)＝n(Na2O2)＝×＝0.025mol

m(O2)＝0.025mol×32g·mol－1＝0.8g。

答：通入氧气的质量不能超过0.8g。