Question

16．K₂CO₃有廣泛的用途．
（1）鉀肥草木灰中含有K₂CO₃、K₂SO₄、KCl等．將草木灰用水浸取，過濾、蒸發得濃縮液．
①該濃縮液呈堿性的原因用離子方程式表示為CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-．
②檢驗該濃縮液中Cl^-所用的試劑有ABD．
A．AgNO₃溶液B．硝酸C．鹽酸
D．Ba（NO₃）₂溶液E．BaCl₂溶液
（2）工業上曾利用如下反應生產碳酸鉀：K₂SO₄+C+CaCO₃→K₂CO₃+X+CO₂↑（未配平），已知X為兩種元素組成的化合物，則X的化學式為CaS；反應中氧化劑與還原劑物質的量之比為1：2．
（3）離子膜電解-炭化法是目前生產碳酸鉀的常用的方法．
第一步：精制KCl溶液粗KCl中含有Ca²⁺、Mg²⁺等離子，按以下流程精制：

已知：加入K₂CO₃后，溶液中部分Mg²⁺轉化為MgCO₃沉淀．
K_sp[Mg（OH）₂]=5.6×10^-12，K_sp（CaCO₃）=2.8×10^-9，K_sp（MgCO₃）=6.8×10^-6．
①操作Ⅰ的名稱是過濾．
②當加入KOH后，溶液中n（CO₃^2-）增大，主要原因是K_sp[Mg（OH）₂]比K_sp[MgCO₃]小，加入KOH后，MgCO₃轉化為Mg（OH）₂而導致n（CO₃^2-）增大（或其他合理答案，如：MgCO₃（s）?Mg²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），加入KOH，Mg²⁺與OH^-結合生成更難溶的Mg（OH）₂，使平衡正移，n（CO₃^2-）增大）．
第二步：電解精制后的KCl溶液制取KOH，其它產物制取鹽酸．
第三步：將KOH與CO₂反應轉化為KHCO₃，再將KHCO₃分解得到產品．
③離子膜電解-炭化法的整個過程中，可以循環利用的物質有鹽酸、CO₂．

Answer 1

分析 （1）①鉀肥草木灰中含有的碳酸鉀為強堿弱酸鹽，碳酸根離子水解而使其溶液呈堿性；
②檢驗Cl^-的方法是利用Ag⁺+Cl^-=AgCl↓產生白色沉淀的原理，加入HNO₃酸化后，應該再加入含有Ag⁺的溶液，但該濃縮液含有硫酸根離子，需排除干擾，加入適量的Ba（NO₃）₂溶液可除去SO₄^2-；
（2）根據元素守恒X必含有鈣元素，反應前后碳的化合價升高，硫的化合價降低，X為硫化鈣，得電子化合價降低的反應物是氧化劑、失電子化合價升高的反應物是還原劑，轉移電子數為8e^-；
（3）①粗KCl中含有Ca²⁺、Mg²⁺等離子，加入碳酸鉀除去鈣離子，形成碳酸鈣沉淀，加入氫氧化鉀，除去鎂離子形成氫氧化鎂沉淀，通過過濾實現固液分離；
②難溶電解質的溶度積越小，越易生成沉淀，加入KOH后，MgCO₃轉化為Mg（OH）₂而導致n（CO₃^2-）增大；
③在離子膜電解-炭化法的整個過程中鹽酸、CO₂ 可以循環利用．

解答 解：（1）鉀肥草木灰中含有的碳酸鉀為強堿弱酸鹽，碳酸根離子水解而使其溶液呈堿性，水解方程式為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，
故答案為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-；
②鉀肥草木灰中含有K₂CO₃、K₂SO₄、KCl等，氯離子的檢驗方法：加硝酸酸化的硝酸銀后會產生白色沉淀，但要排除硫酸根的干擾，所以操作為：取少量濃縮液，滴加足量的Ba（NO₃）₂溶液，靜置，取上層清液，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，若有白色沉淀產生，則存在Cl^-，所以選擇ABD，
故答案為：ABD；
（2）根據元素守恒以及工業上曾利用該反應生產碳酸鉀未配平的方程式K₂SO₄+C+CaCO₃→K₂CO₃+X+CO₂↑可知：X必含有鈣元素，碳元素化合價升高，必有化合價降低的元素，為硫，所以該反應為：K₂SO₄+2C+CaCO₃=K₂CO₃+CaS+2CO₂↑，S元素化合價由+6價降低到-2價，所以K₂SO₄為氧化劑，C元素化合價由0價升高為+4價，結合化學方程式中元素化合價變化，所以C為還原劑，反應中氧化劑與還原劑物質的量之比是1：2，
故答案為：CaS；1：2；
（3）①粗KCl中含有Ca²⁺、Mg²⁺等離子，加入碳酸鉀除去鈣離子，形成碳酸鈣沉淀，溶液中部分Mg²⁺轉化為MgCO₃沉淀，但K_sp[Mg（OH）₂]=5.6×10^-12＜K_sp（MgCO₃）=6.8×10^-6．，所以加入氫氧化鉀，除去鎂離子形成氫氧化鎂沉淀，通過過濾操作，分離出沉淀和濾液中的鉀離子、氯離子，
故答案為：過濾；
②K_sp[Mg（OH）₂]=5.6×10^-12＜K_sp（MgCO₃）=6.8×10^-6，難溶電解質的溶度積越小，越易生成沉淀，加入KOH后，MgCO₃轉化為Mg（OH）₂而導致n（CO₃^2-）增大，也可理解為：MgCO₃（s）?Mg²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），加入KOH，Mg²⁺與OH^-結合生成更難溶的Mg（OH）₂，使平衡正移，n（CO₃^2-）增大，
故答案為：K_sp[Mg（OH）₂]比K_sp[MgCO₃]小，加入KOH后，MgCO₃轉化為Mg（OH）₂而導致n（CO₃^2-）增大（或其他合理答案，如：MgCO₃（s）?Mg²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），加入KOH，Mg²⁺與OH^-結合生成更難溶的Mg（OH）₂，使平衡正移，n（CO₃^2-）增大）；
③離子膜電解-炭化法第二步：電解精制后的KCl溶液制取KOH，其它產物制取鹽酸，制得的鹽酸可提供給第一步：精制KCl溶液中和所需鹽酸，第三步：將KOH與CO₂反應轉化為KHCO₃，再將KHCO₃分解得到產品同時生成二氧化碳，為KOH轉化為KHCO₃提供CO₂，所以可以循環利用的物質有：鹽酸、CO₂，
故答案為：鹽酸、CO₂．

點評 本題考查K₂CO₃的有關知識、涉及鹽類水解、物質的分離提純、氧化還原、對離子膜電解-炭化法實驗原理的理解等，難度中等，理解實驗原理是解題的關鍵，是對知識的綜合考查，要求學生具有扎實的基礎及綜合運用知識分析問題、解決問題的能力．