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______ K₂CO₃+CO₂↑+H₂O

Answer 1

【答案】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：解：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．