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．2.00mol 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2.40molCO2 ， 该混合气体通入2.00L 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9mol CO2在密封舱内和KO2反应后生成9mol 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+H2O CO+3H2 ， 已知：CO+2H2 CH3OH CO2+3H2 CH3OH+H2O。300mol CH4完全反应后的产物中，加入100mol CO2后合成甲醇．若获得甲醇350mol，残留氢气120mol，计算CO2的转化率．

Answer 1

【答案】
（1）89.6
（2）2.4mol/L≥c≥1.2mol/L
（3）

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．

答：反应前密封舱内H2O的量应该是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%，

答：CO2的转化率为80%．

【解析】（1）NH4HCO3完全分解生成NH3、CO2 ， 方程式为NH4HCO3 NH3↑+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，所以答案是：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）= =1.20mol/L；假设全部生成，则发生CO2+2NaOH=Na2CO3 ， n（NaOH）=2n（CO2）=4.80mol，则c（NaOH）= =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．
所以答案是：2.4 mol/L≥c≥1.2 mol/L；
（3）可用两种方法解答：
方法一：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，
方法二：设反应前密封舱内H2O的物质的量为n
4KO2+4CO2+2H2O→4KHCO3+3O2
2nn 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．
答：反应前密封舱内H2O的量应该是3mol；
（4）方法一：
CH4+H2O→CO+3H2
300mol 300mol 900mol
设CO2的转化率为α，CO的转化率为β
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
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，所以有
600βmol+300αmol=900mol﹣120mol﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
由①②式可得α=0.8，即设CO2的转化率为80%．
方法二：
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
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%，
答：CO2的转化率为80%．