单选题
886、体积为1L的干燥烧瓶中用排气法收集HC1后,测得烧瓶内气体对氧气的相对密度为1.0820用此烧瓶做喷泉实验,当喷泉停止后进入烧瓶液体的体积是[ ]。
A
1L
B
3/4L
C
1/2L
D
1/4L
答案解析
正确答案:B
解析:
这是一道关于气体相对密度、平均摩尔质量计算以及喷泉实验原理的化学计算题。以下是详细的解析过程:
### 1. 确定混合气体的平均摩尔质量
题目给出烧瓶内气体对氧气($O_2$)的相对密度为 $1.082$。
根据相对密度的定义:
$$ D = \frac{M_{\text{混}}}{M_{O_2}} $$
其中 $M_{O_2} = 32 \text{ g/mol}$。
所以,混合气体的平均摩尔质量 $M_{\text{混}}$ 为:
$$ M_{\text{混}} = 1.082 \times 32 \approx 34.624 \text{ g/mol} $$
*(注:通常此类题目中数据会凑整,若取更精确的相对密度或近似处理,我们来看下一步的组分分析)*
### 2. 分析气体成分并计算体积分数
用排气法收集 $HCl$,由于 $HCl$ 极易溶于水且密度比空气大,通常采用向上排空气法。但题目中提到“干燥烧瓶”和“测得相对密度”,暗示收集到的气体不纯,混入了空气。
* $HCl$ 的摩尔质量 $M(HCl) = 36.5 \text{ g/mol}$
* 空气的平均摩尔质量 $M(\text{空气}) \approx 29 \text{ g/mol}$
设混合气体中 $HCl$ 的体积分数(即物质的量分数)为 $x$,则空气的体积分数为 $1-x$。
根据平均摩尔质量公式:
$$ M_{\text{混}} = M(HCl) \cdot x + M(\text{空气}) \cdot (1-x) $$
代入数值:
$$ 34.624 = 36.5x + 29(1-x) $$
$$ 34.624 = 36.5x + 29 - 29x $$
$$ 34.624 - 29 = 7.5x $$
$$ 5.624 = 7.5x $$
$$ x = \frac{5.624}{7.5} \approx 0.75 $$
即 $HCl$ 的体积分数约为 $\frac{3}{4}$ (75%),空气的体积分数约为 $\frac{1}{4}$ (25%)。
*(验证:如果 $x=0.75$,则 $M_{\text{混}} = 36.5 \times 0.75 + 29 \times 0.25 = 27.375 + 7.25 = 34.625$。$34.625 / 32 = 1.08203...$,与题目给出的 $1.082$ 吻合。)*
### 3. 分析喷泉实验后的液体体积
* **原理**:$HCl$ 极易溶于水,在喷泉实验中,$HCl$ 气体会完全溶解在水中,导致烧瓶内压强减小,水被压入烧瓶。
* **空气的影响**:空气难溶于水,且不与水反应,因此空气部分不会造成明显的压强降低来吸入大量水分(或者说,进入的水的体积主要由被溶解的气体体积决定,剩余空间由不溶气体占据)。
* **结论**:进入烧瓶的水的体积等于被溶解的 $HCl$ 气体的体积。
因为 $HCl$ 占总体积的 $\frac{3}{4}$,烧瓶总体积为 $1\text{L}$,所以:
$$ V(HCl) = 1\text{L} \times \frac{3}{4} = \frac{3}{4}\text{L} $$
当喷泉停止后,进入烧瓶的液体体积即为 $\frac{3}{4}\text{L}$。
### 最终答案
故正确选项为 **B**。
相关知识点:
喷泉实验进液体积的计算
题目纠错
化工总控工初级、中级、高级、技师、高级技师题库
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