Question

【題目】Ⅰ.CO2是重要的化工原料，也是應用廣泛的化工產品。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2.40 molCO2，該混合氣體通入2.00 L 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9 mol CO2在密封艙內和KO2反應后生成9 molO2，則反應前密封艙內H2O的量應該是______________。

(4)甲烷和水蒸氣反應的產物是合成甲醇的原料：CH4+H2OCO+3H2

已知：CO+2H2CH3OH CO2+3H2CH3OH+H2O

300 mol CH4完全反應后的產物中，加入100 mol CO2后合成甲醇。若獲得甲醇350 mol，殘留氫氣120 mol，計算CO2的轉化率_______

Ⅱ.氨堿法制純堿包括石灰石分解、粗鹽水精制、氨鹽水碳酸化等基本步驟。完成下列計算：

(5)CaCO3質量分數為0.90的石灰石100 kg完成分解產生CO2_______L(標準狀況)。石灰窯中，該石灰石100 kg與焦炭混合焙燒，產生CO2 29120 L(標準狀況)，如果石灰石中碳酸鈣完全分解，且焦炭完全燃燒，不產生CO，則焦炭的物質的量為_______mol。

(6)已知粗鹽水含MgCl2 6.80 mol/m3，含CaCl2 3.00mol/m3。向粗鹽水中加入Ca(OH)2除鎂離子：MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaCl2然后加入Na2CO3除鈣離子。處理上述粗鹽水10 m3，至少需要加Na2CO3______g。如果用碳酸化尾氣(含NH3體積分數為0.100、CO2體積分數0.040)代替碳酸鈉，發生如下反應：Ca2+ + 2NH3 + CO2 + H2O → CaCO3↓ + 2NH4+處理上述10 m3粗鹽水至少需要通入_____________L(標準狀況)碳酸化尾氣。

(7)某氨鹽水含氯化鈉1521 kg，通入二氧化碳后析出碳酸氫鈉晶體，過濾后溶液中含氯化銨1070 kg。

①過濾后溶液中氯化鈉的質量______________。

②析出的碳酸氫鈉晶體的質量__________________。

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，方程式為NH4HCO3NH3↑+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，故答案為：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）=2.4mol/2.00L=1.20mol/L；假設全部生成，則發生CO2+2NaOH=Na2CO3，n（NaOH）=2n（CO2）=4.80mol，則c（NaOH）=4.80mol/2.00L=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，故答案為：2.4mol/L≥c≥1.2mol/L。

（3）依題意，9 molCO2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）=1313n（CO2）=1313×9mol=3mol，即反應前密封艙內H2O的物質的量為3mol，故答案為：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%，故答案為：80%。

Ⅱ.（5）CaCO3分解的反應方程式是：CaCO3CaO+CO2↑，根據方程式可知每1molCaCO3反應會產生1molCO2，質量分數為0.90的石灰石100kg物質的量是n(CaCO3)=(1.0×105g×0.90)÷100g/mol=900mol，則石灰石完成分解產生標準狀況下的CO2的體積是V(CO2)=nVm=900mol×22.4L/mol=20160L。石灰窯中，該石灰石100kg與焦炭混合焙燒，產生標準狀況下CO229120L，如果石灰石中碳酸鈣完全分解，且焦炭完全燃燒，不產生CO，則焦炭燃燒產生的CO2的體積是V(CO2)=V(總)-V(石灰石)=29120L-20160L=8960L，則其物質的量是n(CO2)=V(CO2)÷Vm=8960L÷22.4L/mol=400mol。根據碳元素守恒，可知焦炭的物質的量與產生的物質的量CO2相等，也是400mol，故答案為：20160L，400。

（5）10m3粗鹽水中含有的MgCl2、CaCl2物質的量是：n(MgCl2)=6.80mol/m3×10m3=68mol；n(CaCl2)=3.00mol/m3×10m3=30mol。根據反應方程式MgCl2+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCl2可知1molMgCl2發生反應被除去時引入1molCaCl2。則向粗鹽水中加入Ca(OH)2除鎂離子后得到的溶液中含有的CaCl2的物質的量是：68mol+30mol=98mol，根據反應方程式：Na2CO3+CaCl2=CaCO3↓+2NaCl可知反應消耗Na2CO3的物質的量與CaCl2的物質的量相等，則其質量是m(Na2CO3)=nM=98mol×106g/mol=10388g。根據反應方程式Ca2++2NH3+CO2+H2O→CaCO3↓+2NH4+可知反應消耗的氨氣與CO2的物質的量的比是2:1，而混合氣體中含NH3體積分數為0.100、CO2體積分數0.040，說明NH3過量，不能完全反應，應該以不足量的CO2為標準進行計算，而n(Ca2+)=n(CO2)，n(Ca2+)=98mol，則需要n(CO2)=98mol，混合氣體的物質的量是n(混合)=98mol÷0.04=2450mol，其在標準狀況下的體積是V(混合)=nVm=2450mol×22.4L/mol=54880L，故答案為：10388，54880。

（7）①n(NaCl)(總)=m÷M=1521000g÷58.5g/mol=26000mol，反應產生的NH4Cl的物質的量是n(NH4Cl)=m÷M=1070000g÷53.5g/mol=20000mol，根據氯元素守恒可知，在溶液中含有的NaCl的物質的量是n(NaCl)=n(NaCl)(總)-n(NH4Cl)=26000mol-20000mol=6000mol，其質量是m(NaCl)=nM=6000mol×58.5g/mol=351000g=351kg，故答案為：351。

②氨鹽水中發生反應根據反應方程式：NaCl+CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl。產生的NaHCO3的物質的量與NH4Cl的物質的量相等，則析出的碳酸氫鈉晶體的質量是m(NaHCO3)=nM=20000mol×84g/mol=1680000g=1680kg，故答案為：1680。