Question

2011年12月13日，加拿大正式宣布將退出《京都議定書》，這使CO₂的排放問題再次成為了熱點(diǎn)．當(dāng)空氣中CO₂的體積分?jǐn)?shù)超過(guò)0.050%時(shí)，會(huì)引起明顯的溫室效應(yīng)．為減小和消除CO₂對(duì)環(huán)境的影響，一方面世界各國(guó)都在限制其排放量，另一方面科學(xué)家加強(qiáng)了對(duì)CO₂創(chuàng)新利用的研究．
I．最近有科學(xué)家提出“綠色自由”構(gòu)想：把空氣吹入碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出來(lái)，在一定條件下與H₂反應(yīng)，使之變?yōu)榭稍偕�燃料甲醇．其流程如圖1所示：

①上述流程中碳酸鉀溶液所起的作用是

吸收或富集二氧化碳

．
②在分解池中發(fā)生的反應(yīng)為

2KHCO₃

△   .

K₂CO₃+CO₂↑+H₂O

（寫出化學(xué)方程式）．
Ⅱ．碳酸鉀是重要的無(wú)機(jī)化工、醫(yī)藥、輕工原料之一，主要用于醫(yī)藥、玻璃、染料等工業(yè)，可用作氣體吸附劑，干粉滅火劑，橡膠防老劑等．
已知：CO₂、碳酸鹽、碳酸氫鹽的部分性質(zhì)如下：
CO₂（過(guò)量）+OH^-═HCO₃^-  HCO₃^-+OH^-═CO₃^2-+H₂O
CO₃^2-與H⁺反應(yīng)生成CO₂分兩步：
CO₃^2-+H⁺═HCO₃^-；   HCO₃^-+H⁺═H₂O+CO₂↑
①小王同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室用如圖2所示的裝置和藥品制取K₂CO₃溶液．他所制得的溶液中可能含有的雜質(zhì)是

碳酸氫鉀或氫氧化鉀

．
②現(xiàn)有100ml氫氧化鉀溶液，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一方案，使其盡可能完全轉(zhuǎn)化為碳酸鉀溶液（只需列出實(shí)驗(yàn)步驟）

通入過(guò)量的二氧化碳使其充分反應(yīng)，然后蒸發(fā)結(jié)晶得到碳酸氫鉀，再將所得固體加熱分解，將分解后的固體溶于水

．
③該同學(xué)在數(shù)字實(shí)驗(yàn)室中用傳感器對(duì)碳酸鉀和碳酸氫鉀的混合物樣品進(jìn)行成分測(cè)定，他分別稱取三份不同質(zhì)量的混合物樣品，配成稀溶液，然后分別逐滴加入相同濃度的50ml硫酸，測(cè)得如下數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	1	2	3
混合物的質(zhì)量/g	3.76	4.70	8.46
硫酸溶液的體積/mL	50.00	50.00	50.00
生成二氧化碳的物質(zhì)的量/mol	0.03	0.0375	0.03

試計(jì)算：該混合固體中K₂CO₃與KHCO₃的物質(zhì)的量之比是

2：1

；所用硫酸的物質(zhì)的量濃度為

0.75

mol?L^-1．

Answer 1

分析：I①碳酸鉀能和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鈉；
②加熱條件下，碳酸氫鉀能分解；
II①當(dāng)二氧化碳不足時(shí)，氫氧化鉀剩余，當(dāng)二氧化碳過(guò)量時(shí)生成碳酸氫鉀；
②利用碳酸氫鉀的不穩(wěn)定性制取碳酸鉀；
③比較1、2實(shí)驗(yàn)確定1中酸過(guò)量，根據(jù)質(zhì)量和物質(zhì)的量計(jì)算碳酸氫鉀、碳酸鉀的物質(zhì)的量，從而確定其物質(zhì)的量之比；
比較2、3實(shí)驗(yàn)知，3實(shí)驗(yàn)中酸量不足，再利用原子守恒計(jì)算硫酸的濃度．

解答：解：I①碳酸鉀能和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鈉，所以碳酸鉀的作用是吸收或富集二氧化碳，故答案為：吸收或富集二氧化碳；
②加熱條件下，碳酸氫鉀能分解生成碳酸鉀、二氧化碳和水，反應(yīng)方程式為：2KHCO₃

△   .

K₂CO₃+CO₂↑+H₂O，故答案為：2KHCO₃

△   .

K₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
II①當(dāng)二氧化碳不足時(shí)，氫氧化鉀剩余，當(dāng)二氧化碳過(guò)量時(shí)碳酸鉀和二氧化碳、水反應(yīng)生成碳酸氫鉀，所以他所制得的溶液中可能含有的雜質(zhì)是碳酸氫鉀或氫氧化鉀，故答案為：碳酸氫鉀或氫氧化鉀；
②利用碳酸氫鉀的不穩(wěn)定性制取碳酸鉀，方法如下：通入過(guò)量的二氧化碳使其充分反應(yīng)，然后蒸發(fā)結(jié)晶得到碳酸氫鉀，再將所得固體加熱分解，將分解后的固體溶于水即得較純凈的碳酸鉀溶液，故答案為：通入過(guò)量的二氧化碳使其充分反應(yīng)，然后蒸發(fā)結(jié)晶得到碳酸氫鉀，再將所得固體加熱分解，將分解后的固體溶于水；
③從實(shí)驗(yàn)2產(chǎn)生的CO₂比實(shí)驗(yàn)1多可知實(shí)驗(yàn)1中酸過(guò)量，碳酸鉀與碳酸氫鉀全部生成硫酸鉀．
設(shè)3.76g混合物中含K₂CO₃為xmol，含KHCO₃為ymol，

138x+100y=3.76 x+y=0.03

解得x=0.02，y=0.01；
所以碳酸鉀和碳酸氫鉀的物質(zhì)的量之比=0.02mol：0.01mol=2：1，
從實(shí)驗(yàn)3產(chǎn)生的CO₂比實(shí)驗(yàn)2少可知實(shí)驗(yàn)3中酸不足，實(shí)驗(yàn)3最后得到的應(yīng)為K₂SO₄和KHCO₃混合溶液；
利用第一步計(jì)算結(jié)果，則8.46g混合物中含K₂CO₃：

0.02mol×8.46g

3.76g

=0.045mol，含KHCO₃：

0.045mol

2

=0.0225mol；
根據(jù)原子守恒知產(chǎn)物中K+：0.045mol×2+0.0225mol=0.1125mol，其中KHCO₃：0.045mol+0.0225mol-0.03mol=0.0375mol，K₂SO₄：

0.1125mol-0.0375mol

2

=0.0375mol；
則硫酸物質(zhì)的量濃度為：

0.0375mol

0.05L

=0.75mol/L，
故答案為：2：1，0.75mol/L．

點(diǎn)評(píng)：本題考查制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、物質(zhì)的量的有關(guān)計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，注意根據(jù)已知信息進(jìn)行解答結(jié)合原子守恒進(jìn)行解答，難度較大．