Question

CO₂是重要的化工原料，也是应用广泛的化工产品。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2.40 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 molO₂，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）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H2900mol

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 900−350×2−100α=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+H2O，n(NaOH)=2n(CO2)=4.80mol，则c(NaOH)= =2.40mol/L；

综合（1）、（2）可知，NaOH溶液的浓度应该为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

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。

（4）法一：

CH4+ H2OCO + 3H2

300mol 300mol 900mol

设CO2的转化率为α，CO的转化率为β

CO + 2H2CH3OH CO2+ 3H2CH3OH + 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-120 mol，所以有

600βmol+300αmol="900mol-120" mol--------②式

由①②式可得α=0.8，即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+ H2OCO + 3H2

300mol 900mol

CO2+ 3H2CH3OH + 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-120 mol，根据反应中氢元素的守恒可有：900mol-120mol=350mol×2+100αmol，解得α=0.8，即CO2的转化率为80%。

【考点定位】根据化学方程式的计算；物质的量、气体体积、物质的量浓度的转化关系；极值思想、守恒思想的运用。

【名师点睛】

根据化学方程式的计算，多以物质的量为核心，考查物质的量、阿伏加德罗常数、物质的量浓度、物质的质量、摩尔质量、气体的体积、气体摩尔体积等相关物理量的转化关系，以及反应物的转化率或产物的产率的计算，同时还可以融入多种化学解题思想，比如极值法、差量法、守恒法、讨论法、特殊值法等，是历来高考的重点内容。例如第50题考查了物质的量与气体体积的转化关系；第51题考查了物质的量与物质的量浓度的转化关系，同时也考查了极值思想的应用；第53题可根据元素守恒思想列出关系式求解。根据化学方程式计算时一定要准确找出相关物质之间的计量数关系，如果有一种反应物过量，则应根据量少的反应物来进行计算；如果涉及多步反应，可以根据几个化学方程式找出有关物质的关系式进行计算，使计算简化；如果是离子反应，可以根据离子方程式进行计算；如果是氧化还原反应，也可以利用电子转移关系进行有关计算。