Question

工業上利用焦炭在石灰窯中燃燒放熱，使石灰石分解生產CO₂。主要反應如下：
C+O₂→CO₂ ①，        CaCO₃→CO₂↑+CaO ②
（1）含碳酸鈣95%的石灰石2.0 t按②完全分解（設雜質不分解），可得標準狀況下CO₂的體積為_________________m³。
（2）純凈的CaCO₃和焦炭按①②完全反應，當窯內配比率=2.2時，窯氣中CO₂的最大體積分數為多少？（設空氣只含N₂與O₂，且體積比為4∶1，下同）
（3）某次窯氣成分如下：O₂ 0.2%，CO 0.2%，CO₂ 41.6%，其余為N₂。則此次窯內配比率為何值？

Answer 1

（1）425.6 （2）44.4%（3）1.90

試題分析：（1）根據反應②的化學方程式可知CO₂的物質的量等于CaCO₃的物質的量，所以標準狀況下CO₂的體積為：2.0×95%×10⁶g÷100g/mol×22.4L/mol=425600L，即425.6m³。
（2）設n（C）=1mol，則n（CaCO₃）=2.2mol，當空氣中的O₂與C完全反應時，所得窯氣中CO₂體積分數最大，1molC燃燒生成1mol CO₂，2.2mol CaCO₃分解生成2.2mol CO₂，所以CO₂的體積分數=（1+2.2）÷（1+2.2+4）×100%=44.4%
（3）設窯氣為100mol，則n（N₂）=100mol-41.6mol-0.2mol-0.2mol=58mol，所以反應前O₂的總量為：58mol÷4=14.5mol，參加反應的O₂為：14.5mol-0.2mol=14.3mol，2C+O₂=2CO，生成0.2mol CO需O₂ 0.1mol；C+O₂=CO₂，與C反應生成CO₂的O₂為：14.3mol-0.1mol=14.2mol，生成的CO₂為14.2mol；CaCO₃分解生成的CO₂為：41.6mol-14.2mol=27.4mol，則CaCO₃的物質的量為27.4mol，所以窯內配比率為：27.4mol：（0.2mol+14.2mol）=1.90