联招化学·混合气体组成分析：吸收法与燃烧法的差量计算

题目性质：自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题，非真题原文，未取自任何题库、教辅或试卷；解析与采分点为教研整理，非官方评分标准。

一、考点定位与做题顺序

气体分析题的全部信息都在「差」里，但差对应什么，得由计量数决定。两条主线：

吸收法：按顺序把混合气依次通过吸收剂，每一步的体积减少量＝该步被吸收组分的体积。顺序不能乱——KOH 溶液会同时吸收 CO₂ 与酸性气体，焦性没食子酸碱液吸 O₂ 但须先除 CO₂，否则读数混在一起。燃烧法：取一定体积可燃混合气，加过量 O₂ 点燃、冷却到原温（水蒸气冷凝，体积不计），先读收缩量，再用 KOH 吸收生成的 CO₂ 读第二个差，联立方程反解各组分。

列式关键：CH₄＋2O₂→CO₂＋2H₂O(l)，CO＋½O₂→CO₂。设 CH₄ 为 x、CO 为 y，则 x＋y＝V(混合气)，耗 O₂ ＝ 2x＋½y，生成 CO₂ ＝ x＋y。燃烧冷却后的收缩量 ΔV ＝ V(混合气)＋V(耗O₂) − V(生成CO₂) ＝ 2x＋½y。下面体积读数均为自编示意数据。

二、逐题精讲

题1

题1 吸收法顺序与组成（解答题）

自编题设：某混合气 100.0 mL（含 CO₂、O₂、N₂，示意气样，同温同压）。依次通过：① 足量 KOH 溶液后体积为 86.0 mL；② 碱性焦性没食子酸溶液后体积为 75.2 mL。
(1) 求 CO₂、O₂、N₂ 各多少 mL 及体积分数；(2) 说明为什么必须先除 CO₂ 再吸 O₂；若把两步顺序颠倒（先吸 O₂），题给的两步读数还能直接分别当作 O₂ 与 CO₂ 吗？(3) 用三段体积和作一次闭合校验。

解析

(2) 顺序不能颠倒：KOH 是强碱，吸收的是 CO₂ 等酸性气体；碱性焦性没食子酸液本身也是碱性，若 CO₂ 未先除去，它同样会被这第二步的碱液吸收，于是第二步的体积差就变成「O₂ ＋ 残余 CO₂」的混合量，无法把两者分开。先除 CO₂ 后，第二步只剩 O₂ 被吸收，读数才干净。
若真的先吸 O₂：不能直接把两步读数分别当作 O₂ 与 CO₂。此时第一个差里可能同时含 O₂ 与被碱液一并吸收的 CO₂，第二个差只剩「剩下的 CO₂」，两个方程三个未知量（O₂、CO₂ 在第一步被吸收了多少、CO₂ 剩多少），信息不足；除非另做一次独立测定或改用只吸 O₂ 而不吸 CO₂ 的吸收剂。这判据与 00312 所讲「官能团检验的顺序干扰」是同一套道理：试剂有交叉响应时，顺序本身就是分离手段。

(3) 闭合校验：14.0 ＋ 10.8 ＋ 75.2 ＝ 100.0 mL ✓，与初始体积一致；三步差量相加 (100.0−86.0)＋(86.0−75.2)＋75.2 ＝ 14.0＋10.8＋75.2 ＝ 100.0 ✓。另可反推：第二步后剩余 75.2 mL 全为 N₂，故前两步共吸收 24.8 mL，恰为 14.0＋10.8 ✓。三路一致（分步差、组分和、剩余量回推）。

答案　(1) CO₂ 14.0 mL(14.0%)、O₂ 10.8 mL(10.8%)、N₂ 75.2 mL(75.2%)。(2) 碱性焦性没食子酸液也会吸 CO₂，须先用 KOH 除净 CO₂ 才能把 O₂ 单独读出；顺序颠倒后两步读数不能直接分别当作 O₂ 与 CO₂，信息不足。(3) 14.0+10.8+75.2=100.0 mL，分步差、组分和、剩余量回推三路闭合。

采分点　V(CO₂)=14.0 mL 1 分；V(O₂)=10.8 mL 1 分；V(N₂)=75.2 mL 1 分；三个体积分数 1 分；说明碱液交叉吸收 CO₂ 1 分；说明顺序颠倒后信息不足 1 分；引 00312 式「顺序即分离」1 分；组分和 100.0 闭合 1 分；分步差相加闭合 1 分；剩余量回推闭合 1 分。

易错点　把 86.0 mL 当成 CO₂ 体积；把 75.2 mL 当成 O₂ 体积；写「先吸谁都一样」；把体积分数按质量分数算；漏掉 N₂ 不被吸收这一前提；把两步差相加后不回推剩余量就收尾。

题2

题2 燃烧法联立反解与误差方向（解答题）

自编题设：取 CH₄ 与 CO 的混合气 20.0 mL，加入过量 O₂ 50.0 mL，点燃充分反应后冷却至原温原压（生成的水全部冷凝为液态、体积忽略），读得气体总体积 42.0 mL；再通过足量 KOH 溶液吸收 CO₂ 后读得 22.0 mL。
(1) 由两个差量列方程，求 CH₄、CO 各多少 mL，并求剩余 O₂ 体积；(2) 用三路独立回验结果；(3) 若误把水蒸气当作气体计入（即冷却后仍按气态计），x、y 会怎么偏？说明方向。

解析

(2) 三路独立回验：
① 冷却后总体积 ＝ 剩余 O₂ ＋ 生成 CO₂ ＝ 22.0 ＋ 20.0 ＝ 42.0 mL ✓（与题给一致）；
② 耗 O₂ 独立算 ＝ 2×12.0＋0.5×8.0 ＝ 28.0 mL，而 50.0−22.0 ＝ 28.0 mL ✓；
③ 收缩量按定义算 ＝ 20.0（燃料消失）＋28.0（耗 O₂）−20.0（生成 CO₂）＝ 28.0 mL ✓，与 70.0−42.0 一致。
三条路子互不依赖（一个用体积账、一个用计量数、一个用差量定义），结果都指向 x＝12.0、y＝8.0。

(3) 先把两种口径分开，不能混着报：
① 读数确实变了（水蒸气真留在气相）：冷却后读数应为 42.0＋2x，本例 x＝12.0 时为 66.0 mL，收缩量只剩 ΔV′ ＝ 28.0 − 2x ＝ 4.0 mL。此时若体积账里也把水蒸气算作产物，方程②变成 ½y ＝ ΔV′，联立 x＋y＝20.0 得 y＝8.0、x＝12.0——数值与正确解相同，但那是「读数与账同时少算 2x」互相抵消，且 KOH 吸收一步的读数（水蒸气是否冷凝、是否被吸收）也要重算，不能据此说方法成立。
② 读数没变、只在账里多算水蒸气（更常见的误法）：读数仍取 42.0（水其实已冷凝），却把 2x 当作气相产物写进体积账，方程②同样被改成 2x＋½y − 2x ＝ ½y，却仍令 ½y＝28.0，得 y＝56.0 mL，与 x＋y＝20.0 直接矛盾——方程无解本身就是报警信号。
共同点：两种口径都把 CH₄ 的耗氧贡献 2x 从方程里抹掉，只剩 CO 的 ½y，一旦硬凑解就会低估 CH₄、高估 CO。
方向与处置：漏算水的冷凝会低估收缩量，从而低估含氢量高的组分（CH₄）、高估 CO；标准做法是冷却回原温原压再读数，并在题设里写明「生成水全部冷凝、体积忽略」。这与 00108 所讲产率物料衡算、00354 所讲脱水数口径一致：先把相态与口径写清楚，再列差量方程；方程解不出来，先查有没有漏算一项，而不是改数据。

答案　(1) x(CH₄)=12.0 mL、y(CO)=8.0 mL，剩余 O₂ 22.0 mL；ΔV=28.0=2x+½y，CO₂ 差=20.0=x+y。(2) 冷却后 22.0+20.0=42.0 ✓、耗 O₂ 28.0=50.0−22.0 ✓、收缩量 20.0+28.0−20.0=28.0 ✓，三路闭合。(3) 须分两口径：读数变成 42.0+2x=66.0 mL 且账里也多算水蒸气时，½y=4.0 仍得 x=12.0、y=8.0，属错账与错读数互相抵消、不算方法成立；读数仍取 42.0 却只在账里多算水蒸气时，½y=28.0 得 y=56.0 与 x+y=20.0 矛盾，即报警信号。两种口径都抹掉 CH₄ 的 2x 耗氧项，硬凑解会低估 CH₄、高估 CO；须冷却回原温原压再读数。

采分点　写出 x+y=20.0 1 分；写出 ΔV=2x+½y 并算出 28.0 1 分；联立得 x=12.0、y=8.0 各 1 分；剩余 O₂=22.0 1 分；用第二差量 20.0=x+y 核对 1 分；三路回验各 1 分共 3 分；指出水蒸气计入使收缩量少 2x 1 分；给出 y=56.0 与 x+y=20.0 矛盾的报警信号 1 分；说明低估 CH₄/高估 CO 及冷却处置 1 分。

易错点　把收缩量写成 x+y 或 2x+2y；把 42.0 mL 当成生成 CO₂；忘记水蒸气冷凝、体积忽略这一题设；把 KOH 吸收后的 22.0 mL 当成 CO₂；联立解出矛盾后直接改数据凑答案；把「耗 O₂=28.0」与「收缩量=28.0」讲成同一个量而不说明恰好相等的推导。

三、规律小结与对照表

气体分析这条线，落点是「差量对应什么，由计量数说了算」：吸收法里每一步差＝被吸收组分，且顺序不能颠倒（碱性吸氧液也会吸 CO₂）；燃烧法里 ΔV＝2x＋½y（CH₄ 耗 2 份 O₂、CO 耗半份），生成 CO₂＝x＋y，两个差量联立才解得开。三路回验（冷却体积、耗氧量、收缩量定义）互不依赖，是这类题最稳的自查。最该防的一处是把水蒸气当气体计入：收缩量被少算 2x，方程会直接解出矛盾——矛盾是报警信号，不是改数据的理由。本文所有体积读数与气体组成均为自编示意数据，不代表任何真实气样、试剂配方或测定结果。

四、自测清单

• □ 吸收法按试剂顺序逐步取差，不跳步；
• □ 检查吸收剂是否有交叉响应，顺序即分离手段；
• □ 燃烧法先写明「冷却回原温原压、水冷凝忽略」；
• □ 收缩量按 ΔV=Σ燃料+Σ耗O₂−Σ生成CO₂ 列，不凭印象；
• □ 生成 CO₂ 用碳守恒 x+y 独立核对；
• □ 至少走三路回验（冷却体积/耗氧/收缩定义）；
• □ 联立出现矛盾先查漏算项，绝不改数据凑解；
• □ 三段组分和回推初始总量闭合。