Question

【題目】CO2是重要的化工原料，也是應用廣發的化工產品．CO2與過氧化鈉或超氧化鉀反應可產生氧氣．
完成下列計算：
（1）CO2通入氨水生成NH4HCO3 ， NH4HCO3很容易分解．2.00mol NH4HCO3完全分解，分解產物經干燥后的體積為L（標準狀況）．
（2）某H2中含有2.40molCO2 ， 該混合氣體通入2.00L NaOH溶液中，CO2被完全吸收．如果NaOH完全反應，該NaOH溶液的濃度為 ．
（3）CO2和KO2有下列反應：
4KO2+2CO2→2K2CO3+3O2
4KO2+4CO2+2H2O→4KHCO3+3O2
若9mol CO2在密封艙內和KO2反應后生成9mol O2 ， 則反應前密封艙內H2O的量應該是多少？列式計算．
（4）甲烷和水蒸氣反應的產物是合成甲醇的原料：CH4+H2O CO+3H2 ， 已知：CO+2H2 CH3OH CO2+3H2 CH3OH+H2O。300mol CH4完全反應后的產物中，加入100mol CO2后合成甲醇．若獲得甲醇350mol，殘留氫氣120mol，計算CO2的轉化率．

Answer 1

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

設反應前密封艙內H2O的物質的量為n

4KO2+4CO2+2H2O→4KHCO3+3O2

2n n 1.5n

4KO2+2CO2→2K2CO3+3O2

9﹣2n 1.5（9﹣2n）

根據題意生成氧氣9mol，所以有1.5n+1.5（9﹣2n）=9mol，解得n=3mol，即反應前密封艙內H2O的物質的量為3mol．

答：反應前密封艙內H2O的量應該是3mol。

（4）

在合成甲醇的反應中，氫元素在生成物中有兩種存在形式，一是存在于甲醇中，二是存在于水中，設CO2的轉化率為α，

CH4+H2O→CO+3H2

300mol 900mol

CO2+3H2→CH3OH+H2O

100amol 100amol

根據題意，反應后殘留氫氣120mol，則實際參加反應的氫氣為900mol﹣120mol，根據反應中氫元素的守恒可有900mol﹣120mol=350mol×2+100amol，

解得a=0.8，

即設CO2的轉化率為80%，

答：CO2的轉化率為80%．

【解析】（1）NH4HCO3完全分解生成NH3、CO2 ， 方程式為NH4HCO3 NH3↑+CO2↑+H2O，分解后水為液態，則2molNH4HCO3可生成4mol氣體，體積為4mol×22.4L/mol=89.6L，所以答案是：89.6；（2）2.40molCO2與NaOH完全反應，產物可能為Na2CO3或NaHCO3或二者都有， 假設全部生成生成NaHCO3 ， 則發生CO2+NaOH=NaHCO3 ， n（NaOH）= n（CO2）=2.40mol，則c（NaOH）= =1.20mol/L；假設全部生成，則發生CO2+2NaOH=Na2CO3 ， n（NaOH）=2n（CO2）=4.80mol，則c（NaOH）= =2.40mol/L；
綜合以上兩種情況可知，NaOH溶液的濃度應該1.20mol/L≤c（NaOH）≤2.40mol/L．
所以答案是：2.4 mol/L≥c≥1.2 mol/L；
（3）可用兩種方法解答：
方法一：依題意，9 mol CO2在密封艙內和KO2反應后生成9 mol O2 ， 即n（CO2）：n（O2）=1：1，通過觀察題給兩個方程式可知，當把兩個方程式相加時正好符合題目要求：8KO2+6CO2+2H2O→2K2CO3+4KHCO3+6O2
所以有n（H2O）=n（CO2）= ×9mol=3mol，即反應前密封艙內H2O的物質的量為3mol，
方法二：設反應前密封艙內H2O的物質的量為n
4KO2+4CO2+2H2O→4KHCO3+3O2
2nn 1.5n
4KO2+2CO2→2K2CO3+3O2
9﹣2n 1.5（9﹣2n）
根據題意生成氧氣9mol，所以有1.5n+1.5（9﹣2n）=9mol，解得n=3mol，即反應前密封艙內H2O的物質的量為3mol．
答：反應前密封艙內H2O的量應該是3mol；
（4）方法一：
CH4+H2O→CO+3H2
300mol 300mol 900mol
設CO2的轉化率為α，CO的轉化率為β
CO + 2H2 → CH3OH CO2 + 3H2 → CH3OH + H2O
300βmol 600βmol 300βmol 100αmol 300αmol 100αmol
根據題意，共生成350mol甲醇，所以有300βmol+100αmol=350mol﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
根據題意，反應后殘留氫氣120mol，則實際參加反應的氫氣為900mol﹣120mol，所以有
600βmol+300αmol=900mol﹣120mol﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
由①②式可得α=0.8，即設CO2的轉化率為80%．
方法二：
在合成甲醇的反應中，氫元素在生成物中有兩種存在形式，一是存在于甲醇中，二是存在于水中，設CO2的轉化率為α，
CH4+H2O→CO+3H2
300mol 900mol
CO2+3H2→CH3OH+H2O
100amol 100amol
根據題意，反應后殘留氫氣120mol，則實際參加反應的氫氣為900mol﹣120mol，根據反應中氫元素的守恒可有900mol﹣120mol=350mol×2+100amol，
解得a=0.8，
即設CO2的轉化率為80%，
答：CO2的轉化率為80%．