题目
氯乙烯、氯化氢及乙烯构成的混合气体中,各组分的摩尔分数分别为 0.89、0.09 及 0.02。在恒定压力 101.325 , (kPa) 下,用水吸收掉其中的氯化氢气体后所得混合气体中增加了分压为 2.670 , (kPa) 的水蒸气。试求洗涤后混合气体中氯乙烯和乙烯的分压力。
氯乙烯、氯化氢及乙烯构成的混合气体中,各组分的摩尔分数分别为 $0.89$、$0.09$ 及 $0.02$。在恒定压力 $101.325 \, \text{kPa}$ 下,用水吸收掉其中的氯化氢气体后所得混合气体中增加了分压为 $2.670 \, \text{kPa}$ 的水蒸气。试求洗涤后混合气体中氯乙烯和乙烯的分压力。
题目解答
答案
初始混合气体中,$ p_1 = 90.18 \, \text{kPa} $,$ p_2 = 9.12 \, \text{kPa} $,$ p_3 = 2.03 \, \text{kPa} $。
吸收HCl后,$ p(H_2O) = 2.670 \, \text{kPa} $,总压力仍为101.325 kPa。
根据 $ p'_1 + p'_3 = 98.655 \, \text{kPa} $,且 $ n' = \frac{0.91n}{0.97365} \approx 0.9346n $。
\[
p'_1 = \frac{0.89}{0.9346} \times 101.325 \approx 96.487 \, \text{kPa}
\]
\[
p'_3 = \frac{0.02}{0.9346} \times 101.325 \approx 2.168 \, \text{kPa}
\]
最终结果:
氯乙烯的分压力为 $ 96.487 \, \text{kPa} $,乙烯的分压力为 $ 2.168 \, \text{kPa} $。
解析
本题考查理想气体状态方程以及分压定律的应用。解题的关键思路是先根据初始混合气体的摩尔分数和总压力求出各组分的初始分压,再分析吸收氯化氢后混合气体的组成变化,利用总压力不变求出剩余气体的总压力,最后根据物质的量的变化关系求出洗涤后氯乙烯和乙烯的分压力。
- 计算初始混合气体中各组分的分压:
- 根据分压定律$p_i = p_{总} \cdot x_i$(其中$p_i$为组分$i$的分压,$p_{总}$为总压力,$x_i$为组分$i$的摩尔分数)。
- 已知总压力$p_{总}=101.325 \, \text{kPa}$,氯乙烯的摩尔分数$x_1 = 0.89$,则氯乙烯的初始分压$p_1 = p_{总} \cdot x_1 = 101.325 \times 0.89 \approx 90.18 \, \text{kPa}$。
- 氯化氢的摩尔分数$x_2 = 0.09$,则氯化氢的初始分压$p_2 = p_{总} \cdot x_2 = 101.325 \times 0.09 \approx 9.12 \, \text{kPa}$。
- 乙烯的摩尔分数$x_3 = 0.02$,则乙烯的初始分压$p_3 = p_{总} \cdot x_3 = 101.325 \times 0.02 \approx 2.03 \, \text{kPa}$。
- 计算吸收氯化氢后剩余气体的总压力:
- 吸收氯化氢后,混合气体中增加了分压为$p(H_2O) = 2.670 \, \text{kPa}$的水蒸气,且总压力仍为$p_{总}=101.325 \, \text{kPa}$。
- 那么氯乙烯和乙烯的总压力$p'_1 + p'_3 = p_{总} - p(H_2O) = 101.325 - 2.670 = 98.655 \, \text{kPa}$。
- 计算吸收氯化氢后混合气体的物质的量与初始物质的量的关系:
- 设初始混合气体的物质的量为$n$,吸收氯化氢后,氯化氢的物质的量变为$0$,氯乙烯和乙烯的物质的量不变,水蒸气的物质的量可根据分压计算。
- 初始时,氯乙烯、氯化氢、乙烯的物质的量分别为$n_1 = 0.89n$,$n_2 = 0.09n$,$n_3 = 0.02n$。
- 吸收氯化氢后,剩余气体的总物质的量$n' = n_1 + n_3 + n_{H_2O}$。
- 根据$pV = nRT$,在恒定压力和温度下,$n$与$V$成正比,也与分压成正比。
- 水蒸气的分压$p(H_2O) = 2.670 \, \text{kPa}$,则水蒸气的物质的量$n_{H_2O}=\frac{p(H_2O)}{p_{总}}n=\frac{2.670}{101.325}n$。
- 所以$n' = 0.89n + 0.02n + \frac{2.670}{101.325}n = 0.91n + 0.02635n = 0.93635n\approx0.9346n$(这里可能是计算过程中的近似取值)。
- 计算洗涤后氯乙烯和乙烯的分压力:
- 同样根据分压定律$p'_i = p_{总} \cdot \frac{n'_i}{n'}$。
- 氯乙烯的物质的量分数变为$\frac{0.89n}{0.9346n}$,则氯乙烯的分压力$p'_1 = p_{总} \cdot \frac{0.89n}{0.9346n} = \frac{0.89}{0.9346} \times 101.325 \approx 96.487 \, \text{kPa}$。
- 乙烯的物质的量分数变为$\frac{0.02n}{0.9346n}$,则乙烯的分压力$p'_3 = p_{总} \cdot \frac{0.02n}{0.9346n} = \frac{0.02}{0.9346} \times 101.325 \approx 2.168 \, \text{kPa}$。