364.将20克H2、02、N2混合气体点燃,完全反应后生成18克水,则剩余的气体不可能是[ ]

这是一道关于化学反应计算及物质共存逻辑的题目。以下是详细的解析： ### 1. 反应原理分析 在 $H_2$、$O_2$、$N_2$ 的混合气体中，点燃时只有氢气（$H_2$）和氧气（$O_2$）会发生反应生成水（$H_2O$）。氮气（$N_2$）化学性质稳定，在此条件下不参与反应。 反应方程式为： $$2H_2 + O_2 \xrightarrow{点燃} 2H_2O$$ ### 2. 质量守恒与反应物消耗计算 根据题目，生成了 **18克** 水。我们可以根据化学方程式计算出参与反应的氢气和氧气的质量。 * $H_2$ 的相对分子质量为 2 * $O_2$ 的相对分子质量为 32 * $H_2O$ 的相对分子质量为 18 根据方程式的质量比： $$4 : 32 : 36$$ 即：每生成 36份质量的水，需要消耗 4份质量的氢气和 32份质量的氧气。 现在生成了 18克水（即 36的一半），则消耗的反应物质量为： * 消耗的 $H_2$ 质量 $= 4 \times \frac{18}{36} = 2$ 克 * 消耗的 $O_2$ 质量 $= 32 \times \frac{18}{36} = 16$ 克 **参与反应的气体总质量** $= 2\text{g} (H_2) + 16\text{g} (O_2) = 18$ 克。 ### 3. 剩余气体分析 * **初始总质量**：20克 * **反应消耗总质量**：18克 * **剩余气体总质量**：$20 - 18 = 2$ 克 这剩余的 2克气体由两部分组成： 1. **未参与反应的 $N_2$**：始终存在。 2. **过量的反应物**：$H_2$ 或 $O_2$ 中的一种（或者恰好完全反应，无剩余）。 **关键逻辑点**：在点燃并“完全反应”后，$H_2$ 和 $O_2$ **不可能同时存在**。因为如果两者都有剩余，它们会继续反应直到其中一种耗尽为止。因此，剩余气体中要么含有 $H_2$（当 $H_2$ 过量时），要么含有 $O_2$（当 $O_2$ 过量时），要么两者都没有（恰好完全反应），但绝不可能同时含有 $H_2$ 和 $O_2$。 ### 4. 选项逐一排查 * **A. $H_2$ 和 $N_2$** * **可能性**：可能。 * **情景**：如果初始混合气体中 $H_2$ 过量，$O_2$ 不足。反应后 $O_2$ 耗尽，剩余的是生成的水（液态，不计入气体质量或视为分离）、未反应的 $H_2$ 和原有的 $N_2$。只要 $m(H_2)_{剩} + m(N_2) = 2$克，此情况成立。 * **B. $O_2$ 和 $N_2$** * **可能性**：可能。 * **情景**：如果初始混合气体中 $O_2$ 过量，$H_2$ 不足。反应后 $H_2$ 耗尽，剩余的是未反应的 $O_2$ 和原有的 $N_2$。只要 $m(O_2)_{剩} + m(N_2) = 2$克，此情况成立。 * **C. $H_2$、$O_2$ 和 $N_2$** * **可能性**：**不可能**。 * **理由**：如前所述，$H_2$ 和 $O_2$ 在点燃条件下会发生剧烈反应，不能共存于“完全反应后”的体系中。剩余气体中不可能同时包含这两种反应物。 * **D. 2克 $N_2$** * **可能性**：可能。 * **情景**：如果初始混合气体中 $H_2$ 和 $O_2$ 恰好按照 2:16 的比例混合，且总质量为 18克，剩下的 2克全部是 $N_2$。此时 $H_2$ 和 $O_2$ 均无剩余，剩余气体仅为 $N_2$，质量为 2克。此情况成立。 ### 结论 题目问的是“剩余的气体**不可能**是”，根据上述分析，$H_2$ 和 $O_2$ 不能共存。 故正确答案为 **C**。