Question

【题目】Ⅰ.CO2是重要的化工原料，也是应用广泛的化工产品。CO2与过氧化钠或超氧化钾反应可产生氧气。完成下列计算：

(1)CO2通入氨水生成NH4HCO3，NH4HCO3很容易分解。2.00mol NH4HCO3完全分解，分解产物经干燥后的体积为_________L(标准状况)。

(2)某H2中含有2.40 molCO2，该混合气体通入2.00 L NaOH溶液中，CO2被完全吸收。如果NaOH完全反应，该NaOH溶液的浓度为_______。

(3)CO2和KO2有下列反应：

4KO2+2CO2→2K2CO3+3O2 4KO2+4CO2+2H2O→4KHCO3+3O2

若9 mol CO2在密封舱内和KO2反应后生成9 molO2，则反应前密封舱内H2O的量应该是______________。

(4)甲烷和水蒸气反应的产物是合成甲醇的原料：CH4+H2OCO+3H2

已知：CO+2H2CH3OH CO2+3H2CH3OH+H2O

300 mol CH4完全反应后的产物中，加入100 mol CO2后合成甲醇。若获得甲醇350 mol，残留氢气120 mol，计算CO2的转化率_______

Ⅱ.氨碱法制纯碱包括石灰石分解、粗盐水精制、氨盐水碳酸化等基本步骤。完成下列计算：

(5)CaCO3质量分数为0.90的石灰石100 kg完成分解产生CO2_______L(标准状况)。石灰窑中，该石灰石100 kg与焦炭混合焙烧，产生CO2 29120 L(标准状况)，如果石灰石中碳酸钙完全分解，且焦炭完全燃烧，不产生CO，则焦炭的物质的量为_______mol。

(6)已知粗盐水含MgCl2 6.80 mol/m3，含CaCl2 3.00mol/m3。向粗盐水中加入Ca(OH)2除镁离子：MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaCl2然后加入Na2CO3除钙离子。处理上述粗盐水10 m3，至少需要加Na2CO3______g。如果用碳酸化尾气(含NH3体积分数为0.100、CO2体积分数0.040)代替碳酸钠，发生如下反应：Ca2+ + 2NH3 + CO2 + H2O → CaCO3↓ + 2NH4+处理上述10 m3粗盐水至少需要通入_____________L(标准状况)碳酸化尾气。

(7)某氨盐水含氯化钠1521 kg，通入二氧化碳后析出碳酸氢钠晶体，过滤后溶液中含氯化铵1070 kg。

①过滤后溶液中氯化钠的质量______________。

②析出的碳酸氢钠晶体的质量__________________。

Answer 1

【答案】89.6 2.4 mol/L≥c≥1.2 mol/L 3(mol) 80% 20160L 400 10388 54880L 351kg 1680kg

【解析】

Ⅰ.（1）NH4HCO3完全分解生成NH3、CO2，方程式为NH4HCO3NH3↑+CO2↑+H2O，分解后水为液态，则2molNH4HCO3可生成4mol气体，体积为4mol×22.4L/mol=89.6L，故答案为：89.6。

（2）2.40molCO2与NaOH完全反应，产物可能为Na2CO3或NaHCO3或二者都有，假设全部生成生成NaHCO3，则发生CO2+NaOH=NaHCO3，n（NaOH）=n（CO2）=2.40mol，则c（NaOH）=2.4mol/2.00L=1.20mol/L；假设全部生成，则发生CO2+2NaOH=Na2CO3，n（NaOH）=2n（CO2）=4.80mol，则c（NaOH）=4.80mol/2.00L=2.40mol/L；综合以上两种情况可知，NaOH溶液的浓度应该1.20mol/L≤c（NaOH）≤2.40mol/L，故答案为：2.4mol/L≥c≥1.2mol/L。

（3）依题意，9 molCO2在密封舱内和KO2反应后生成9 mol O2，即n（CO2）：n（O2）=1：1，通过观察题给两个方程式可知，当把两个方程式相加时正好符合题目要求：8KO2+6CO2+2H2O→2K2CO3+4KHCO3+6O2，所以有n（H2O）=1313n（CO2）=1313×9mol=3mol，即反应前密封舱内H2O的物质的量为3mol，故答案为：3mol。

（4）在合成甲醇的反应中，氢元素在生成物中有两种存在形式，一是存在于甲醇中，二是存在于水中，设CO2的转化率为α，

CH4+H2O→CO+3H2

300mol 900mol

CO2+3H2→CH3OH+H2O

100amol 100amol

根据题意，反应后残留氢气120mol，则实际参加反应的氢气为900mol-120mol，根据反应中氢元素的守恒可有900mol-120mol=350mol×2+100amol，解得a=0.8，即设CO2的转化率为80%，故答案为：80%。

Ⅱ.（5）CaCO3分解的反应方程式是：CaCO3CaO+CO2↑，根据方程式可知每1molCaCO3反应会产生1molCO2，质量分数为0.90的石灰石100kg物质的量是n(CaCO3)=(1.0×105g×0.90)÷100g/mol=900mol，则石灰石完成分解产生标准状况下的CO2的体积是V(CO2)=nVm=900mol×22.4L/mol=20160L。石灰窑中，该石灰石100kg与焦炭混合焙烧，产生标准状况下CO229120L，如果石灰石中碳酸钙完全分解，且焦炭完全燃烧，不产生CO，则焦炭燃烧产生的CO2的体积是V(CO2)=V(总)-V(石灰石)=29120L-20160L=8960L，则其物质的量是n(CO2)=V(CO2)÷Vm=8960L÷22.4L/mol=400mol。根据碳元素守恒，可知焦炭的物质的量与产生的物质的量CO2相等，也是400mol，故答案为：20160L，400。

（5）10m3粗盐水中含有的MgCl2、CaCl2物质的量是：n(MgCl2)=6.80mol/m3×10m3=68mol；n(CaCl2)=3.00mol/m3×10m3=30mol。根据反应方程式MgCl2+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCl2可知1molMgCl2发生反应被除去时引入1molCaCl2。则向粗盐水中加入Ca(OH)2除镁离子后得到的溶液中含有的CaCl2的物质的量是：68mol+30mol=98mol，根据反应方程式：Na2CO3+CaCl2=CaCO3↓+2NaCl可知反应消耗Na2CO3的物质的量与CaCl2的物质的量相等，则其质量是m(Na2CO3)=nM=98mol×106g/mol=10388g。根据反应方程式Ca2++2NH3+CO2+H2O→CaCO3↓+2NH4+可知反应消耗的氨气与CO2的物质的量的比是2:1，而混合气体中含NH3体积分数为0.100、CO2体积分数0.040，说明NH3过量，不能完全反应，应该以不足量的CO2为标准进行计算，而n(Ca2+)=n(CO2)，n(Ca2+)=98mol，则需要n(CO2)=98mol，混合气体的物质的量是n(混合)=98mol÷0.04=2450mol，其在标准状况下的体积是V(混合)=nVm=2450mol×22.4L/mol=54880L，故答案为：10388，54880。

（7）①n(NaCl)(总)=m÷M=1521000g÷58.5g/mol=26000mol，反应产生的NH4Cl的物质的量是n(NH4Cl)=m÷M=1070000g÷53.5g/mol=20000mol，根据氯元素守恒可知，在溶液中含有的NaCl的物质的量是n(NaCl)=n(NaCl)(总)-n(NH4Cl)=26000mol-20000mol=6000mol，其质量是m(NaCl)=nM=6000mol×58.5g/mol=351000g=351kg，故答案为：351。

②氨盐水中发生反应根据反应方程式：NaCl+CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl。产生的NaHCO3的物质的量与NH4Cl的物质的量相等，则析出的碳酸氢钠晶体的质量是m(NaHCO3)=nM=20000mol×84g/mol=1680000g=1680kg，故答案为：1680。