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114分科化學考科-16


<題組題>[題組:第16-17題]甲烷(CH₄)是天然氣的主要成分,燃燒時可以產生1200-1800 K的高溫。右圖是CH₄與O₂的混合氣體燃燒時產生的火焰示意圖,其中Z軸標示了火焰的高度位置。以X=0、Z=0為起始點,完全燃燒時的火焰最高點為Z=1.0(cm),火焰高度按比例的相對值為Z=0.2、0.4……等,如圖所示。
科學家透過儀器分析,分別得到在X=0、Z=0至1.0位置的化學成分莫耳分率,結果如下圖所示。圖中O₂的莫耳分率數值範圍為0.72-0.92,而其他氣體的比例較少,莫耳分率數值範圍在0.0-0.20之間。
穩定的火焰中,下圖表示甲烷燃燒過程中的各氣體莫耳分率變化,可以呈現其燃燒的結果。
16. 關於此混合氣體燃燒實驗,下列敘述哪些正確?
(A)燃燒前混合氣體中CH₄與O₂的莫耳數比大於0.2
(B)燃燒前混合氣體中有H₂O及CO₂雜質
(C)燃燒過程共消耗掉約0.15莫耳的O₂
(D)完全燃燒後CH₄轉變生成CO₂與H₂O
(E)完全燃燒後產生之H₂O重量約為CO₂重量之2倍

答案

(A)錯誤,由圖Z=0時,CH₄莫耳分率約0.075,O₂約0.91,比值約0.082<0.2。
(B)正確,Z=0時,H₂O和CO₂莫耳分率不為0,表示有雜質。
(C)需注意莫耳分率非莫耳數,題幹未給總莫耳數,無法判斷消耗的O₂莫耳數。
(D)正確,CH₄完全燃燒生成CO₂和H₂O。
(E)錯誤,由CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O,H₂O與CO₂莫耳數比為2:1,質量比為(2×18):44=36:44≠2:1。答案:BD 報錯
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