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．當空氣中CO₂的體積分數超過0.050%時，會引起明顯的溫室效應．為減小和消除CO₂對環境的影響，一方面世界各國都在限制其排放量，另一方面科學家加強了對CO₂創新利用的研究．
I．最近有科學家提出“綠色自由”構想：把空氣吹入碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出來，在一定條件下與H₂反應，使之變為可再生燃料甲醇．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________．
②在分解池中發生的反應為________（寫出化學方程式）．
Ⅱ．碳酸鉀是重要的無機化工、醫藥、輕工原料之一，主要用于醫藥、玻璃、染料等工業，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如下：
CO₂（過量）+OH^-═HCO₃^-　HCO₃^-+OH^-═CO₃^2-+H₂O
CO₃^2-與H⁺反應生成CO₂分兩步：
CO₃^2-+H⁺═HCO₃^-；　 HCO₃^-+H⁺═H₂O+CO₂↑
①小王同學在實驗室用如圖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是________．
②現有100ml氫氧化鉀溶液，請你設計一方案，使其盡可能完全轉化為碳酸鉀溶液（只需列出實驗步驟）________．
③該同學在數字實驗室中用傳感器對碳酸鉀和碳酸氫鉀的混合物樣品進行成分測定，他分別稱取三份不同質量的混合物樣品，配成稀溶液，然后分別逐滴加入相同濃度的50ml硫酸，測得如下數據：

實驗編號	1	2	3
混合物的質量/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的量/mol	0.03	0.0375	0.03

試計算：該混合固體中K₂CO₃與KHCO₃的物質的量之比是________；所用硫酸的物質的量濃度為________mol?L^-1．

Answer 1

吸收或富集二氧化碳    2KHCO₃K₂CO₃+CO₂↑+H₂O    碳酸氫鉀或氫氧化鉀    通入過量的二氧化碳使其充分反應，然后蒸發結晶得到碳酸氫鉀，再將所得固體加熱分解，將分解后的固體溶于水    2：1    0.75
分析：I①碳酸鉀能和二氧化碳反應生成碳酸氫鈉；
②加熱條件下，碳酸氫鉀能分解；
II①當二氧化碳不足時，氫氧化鉀剩余，當二氧化碳過量時生成碳酸氫鉀；
②利用碳酸氫鉀的不穩定性制取碳酸鉀；
③比較1、2實驗確定1中酸過量，根據質量和物質的量計算碳酸氫鉀、碳酸鉀的物質的量，從而確定其物質的量之比；
比較2、3實驗知，3實驗中酸量不足，再利用原子守恒計算硫酸的濃度．
解答：I①碳酸鉀能和二氧化碳反應生成碳酸氫鈉，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，反應方程式為：2KHCO₃K₂CO₃+CO₂↑+H₂O，故答案為：2KHCO₃K₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
II①當二氧化碳不足時，氫氧化鉀剩余，當二氧化碳過量時碳酸鉀和二氧化碳、水反應生成碳酸氫鉀，所以他所制得的溶液中可能含有的雜質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定性制取碳酸鉀，方法如下：通入過量的二氧化碳使其充分反應，然后蒸發結晶得到碳酸氫鉀，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：通入過量的二氧化碳使其充分反應，然后蒸發結晶得到碳酸氫鉀，再將所得固體加熱分解，將分解后的固體溶于水；
③從實驗2產生的CO₂比實驗1多可知實驗1中酸過量，碳酸鉀與碳酸氫鉀全部生成硫酸鉀．
設3.76g混合物中含K₂CO₃為xmol，含KHCO₃為ymol，
解得x=0.02，y=0.01；
所以碳酸鉀和碳酸氫鉀的物質的量之比=0.02mol：0.01mol=2：1，
從實驗3產生的CO₂比實驗2少可知實驗3中酸不足，實驗3最后得到的應為K₂SO₄和KHCO₃混合溶液；
利用第一步計算結果，則8.46g混合物中含K₂CO₃：=0.045mol，含KHCO₃：=0.0225mol；
根據原子守恒知產物中K+：0.045mol×2+0.0225mol=0.1125mol，其中KHCO₃：0.045mol+0.0225mol-0.03mol=0.0375mol，K₂SO₄：=0.0375mol；
則硫酸物質的量濃度為：=0.75mol/L，
故答案為：2：1，0.75mol/L．
點評：本題考查制備實驗方案的設計、物質的量的有關計算等知識點，注意根據已知信息進行解答結合原子守恒進行解答，難度較大．