Question

【题目】CO2是重要的化工原料，也是应用广发的化工产品。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。2.00 mol 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 mol O2，则反应前密封舱内H2O的量应该是多少？列式计算。

（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。

Answer 1

【答案】（1）89.6

（2）2.4 mol/L≥c≥1.2 mol/L

（3）

n(H2O)=(9/6)×2=3(mol)

（4）300 mol CH4完全反应产生H2 900mol

设CO2转化率为α，CO转化率为β

300β+100α=350 600β+300α=900-120

α=80%

或设CO2转化率为α 900350×2100α=120 α=80/100=80%

【解析】

试题分析：

（1）碳酸氢铵分解的化学方程式为：NH4HCO3H2O+NH3↑+CO2↑，从方程式可以看出，分解产物经干燥后，所得气体为NH3和CO2，且n(NH3)+ n(CO2)=2n(NH4HCO3)=2×2.00mol=4.00mol，则V(混合气体)=4.00mol×22.4L/mol=89.6L，即分解产物经干燥后的体积为89.6L。

（2）根据题意要求，2.40 molCO2被完全吸收，NaOH也完全反应，则反应的产物可能是Na2CO3（此时NaOH的浓度最大）或NaHCO3（此时NaOH的浓度最小）或Na2CO3和NaHCO3的混合物。用极值思想分析两个特殊情况：

①CO2+NaOH=NaHCO3，n(NaOH)= n(CO2)=2.40mol，则c(NaOH)==1.20mol/L；

②CO2+2NaOH=Na2CO3，n(NaOH)=2n(CO2)=4.80mol，则c(NaOH)==2.40mol/L；

综合①、②可知，NaOH溶液的浓度应该1.20mol/L≤c(NaOH)≤2.40mol/L。

（3）法一：

依题意，9 mol CO2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)=n(CO2)=×9mol=3mol，即反应前密封舱内H2O的物质的量为3mol。

法二：

设反应前密封舱内H2O的物质的量为n

4KO2 + 4CO2 + 2H2O → 4KHCO3 + 3O2

2n n 1.5n

4KO2 + 2CO2 → 2K2CO3 + 3O2

9-2n 1.5(9-2n)

根据题意生成氧气9mol，所以有1.5n+ 1.5(9-2n)=9mol，解得n=3mol，即反应前密封舱内

H2O的物质的量为3mol。

（4）法一：

CH4 + H2O → CO + 3H2

300mol 300mol 900mol

设CO2的转化率为α，CO的转化率为β

p>CO + 2H2 → CH3OH CO2 + 3H2 → CH3OH + H2O

300βmol 600βmol 300βmol 100αmol 300αmol 100αmol

根据题意，共生成350mol甲醇，所以有300βmol+100αmol=350mol-------①式

根据题意，反应后残留氢气120mol，则实际参加反应的氢气为900mol-350mol，所以有

600βmol+300αmol=900mol-350mol--------②式

由①②式可得α=0.8，即设CO2的转化率为80%。

法二：

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

100αmol 100αmol

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