Question

2011年12月13日，加拿大正式宣布将退出《京都议定书》，这使CO₂的排放问题再次成为了热点．当空气中CO₂的体积分数超过0.050%时，会引起明显的温室效应．为减小和消除CO₂对环境的影响，一方面世界各国都在限制其排放量，另一方面科学家加强了对CO₂创新利用的研究．
I．最近有科学家提出“绿色自由”构想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO₂从溶液中提取出来，在一定条件下与H₂反应，使之变为可再生燃料甲醇．其流程如图1所示：

①上述流程中碳酸钾溶液所起的作用是________．
②在分解池中发生的反应为________（写出化学方程式）．
Ⅱ．碳酸钾是重要的无机化工、医药、轻工原料之一，主要用于医药、玻璃、染料等工业，可用作气体吸附剂，干粉灭火剂，橡胶防老剂等．
已知：CO₂、碳酸盐、碳酸氢盐的部分性质如下：
CO₂（过量）+OH^-═HCO₃^-　HCO₃^-+OH^-═CO₃^2-+H₂O
CO₃^2-与H⁺反应生成CO₂分两步：
CO₃^2-+H⁺═HCO₃^-；　 HCO₃^-+H⁺═H₂O+CO₂↑
①小王同学在实验室用如图2所示的装置和药品制取K₂CO₃溶液．他所制得的溶液中可能含有的杂质是________．
②现有100ml氢氧化钾溶液，请你设计一方案，使其尽可能完全转化为碳酸钾溶液（只需列出实验步骤）________．
③该同学在数字实验室中用传感器对碳酸钾和碳酸氢钾的混合物样品进行成分测定，他分别称取三份不同质量的混合物样品，配成稀溶液，然后分别逐滴加入相同浓度的50ml硫酸，测得如下数据：

实验编号	1	2	3
混合物的质量/g	3.76	4.70	8.46
硫酸溶液的体积/mL	50.00	50.00	50.00
生成二氧化碳的物质的量/mol	0.03	0.0375	0.03

试计算：该混合固体中K₂CO₃与KHCO₃的物质的量之比是________；所用硫酸的物质的量浓度为________mol?L^-1．

Answer 1

吸收或富集二氧化碳    2KHCO₃K₂CO₃+CO₂↑+H₂O    碳酸氢钾或氢氧化钾    通入过量的二氧化碳使其充分反应，然后蒸发结晶得到碳酸氢钾，再将所得固体加热分解，将分解后的固体溶于水    2：1    0.75
分析：I①碳酸钾能和二氧化碳反应生成碳酸氢钠；
②加热条件下，碳酸氢钾能分解；
II①当二氧化碳不足时，氢氧化钾剩余，当二氧化碳过量时生成碳酸氢钾；
②利用碳酸氢钾的不稳定性制取碳酸钾；
③比较1、2实验确定1中酸过量，根据质量和物质的量计算碳酸氢钾、碳酸钾的物质的量，从而确定其物质的量之比；
比较2、3实验知，3实验中酸量不足，再利用原子守恒计算硫酸的浓度．
解答：I①碳酸钾能和二氧化碳反应生成碳酸氢钠，所以碳酸钾的作用是吸收或富集二氧化碳，故答案为：吸收或富集二氧化碳；
②加热条件下，碳酸氢钾能分解生成碳酸钾、二氧化碳和水，反应方程式为：2KHCO₃K₂CO₃+CO₂↑+H₂O，故答案为：2KHCO₃K₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
II①当二氧化碳不足时，氢氧化钾剩余，当二氧化碳过量时碳酸钾和二氧化碳、水反应生成碳酸氢钾，所以他所制得的溶液中可能含有的杂质是碳酸氢钾或氢氧化钾，故答案为：碳酸氢钾或氢氧化钾；
②利用碳酸氢钾的不稳定性制取碳酸钾，方法如下：通入过量的二氧化碳使其充分反应，然后蒸发结晶得到碳酸氢钾，再将所得固体加热分解，将分解后的固体溶于水即得较纯净的碳酸钾溶液，故答案为：通入过量的二氧化碳使其充分反应，然后蒸发结晶得到碳酸氢钾，再将所得固体加热分解，将分解后的固体溶于水；
③从实验2产生的CO₂比实验1多可知实验1中酸过量，碳酸钾与碳酸氢钾全部生成硫酸钾．
设3.76g混合物中含K₂CO₃为xmol，含KHCO₃为ymol，
解得x=0.02，y=0.01；
所以碳酸钾和碳酸氢钾的物质的量之比=0.02mol：0.01mol=2：1，
从实验3产生的CO₂比实验2少可知实验3中酸不足，实验3最后得到的应为K₂SO₄和KHCO₃混合溶液；
利用第一步计算结果，则8.46g混合物中含K₂CO₃：=0.045mol，含KHCO₃：=0.0225mol；
根据原子守恒知产物中K+：0.045mol×2+0.0225mol=0.1125mol，其中KHCO₃：0.045mol+0.0225mol-0.03mol=0.0375mol，K₂SO₄：=0.0375mol；
则硫酸物质的量浓度为：=0.75mol/L，
故答案为：2：1，0.75mol/L．
点评：本题考查制备实验方案的设计、物质的量的有关计算等知识点，注意根据已知信息进行解答结合原子守恒进行解答，难度较大．