Question

3．為實(shí)現(xiàn)CO₂減排，熱鉀堿法化學(xué)吸收CO₂在合成氨、制氫、天然氣等石油化工行業(yè)中應(yīng)用廣泛．該方法的原理是用碳酸鉀溶液吸收CO₂生成碳酸氫鉀（稱富液）來(lái)脫除CO₂．之后高溫加熱富液，使碳酸氫鉀分解釋放CO₂生成碳酸鉀，溶液循環(huán)使用．某研究小組用500mL 1mol/L K₂CO₃溶液吸收5.6L 的CO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況）形成富液（忽略溶液體積變化）．
（1）碳酸鉀溶液吸收CO₂，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是CO₃^2-+CO₂+H₂O=2HCO₃^-．
（2）該富液中的溶質(zhì)是KHCO₃和K₂CO₃（填化學(xué)式）．
（3）該富液中，下列說(shuō)法正確的是ac．
a．c（K⁺）+c（H⁺）=2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-）
b．c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）=2mol/L
c．c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）
（4）高溫加熱該富液，得到K₂CO₃溶液．發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方 程式是2KHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+H₂O．
（5）電解法也可以使K₂CO₃溶液再生．其原理如圖所示，富液應(yīng)進(jìn)入陰極（填“陰極”或“陽(yáng)極”）室．結(jié)合方程式簡(jiǎn)述再生K₂CO₃的原理是在陰極2H⁺+2e-=H₂↑，電離平衡HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-和H₂O?H⁺+OH^-右移，使CO₃^2-增加，產(chǎn)生的OH^-和HCO₃^-反應(yīng)生成CO₃^2-，使得K₂CO₃再生．

Answer 1

分析 （1）碳酸鹽溶液中通入二氧化碳會(huì)發(fā)生反應(yīng)得到碳酸氫鹽；
（2）500mL 1mol/L K₂CO₃溶液吸收5.6L 的CO₂，標(biāo)準(zhǔn)狀況下5.6L二氧化碳的物質(zhì)的量為：$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，500mL 1mol/L K₂CO₃溶液中含有碳酸鉀的物質(zhì)的量為：1mol/L×0.5L=0.5mol，0.25mol二氧化碳完全反應(yīng)消耗0.25mol碳酸鉀，生成了0.5mol碳酸氫鉀KHCO₃，則反應(yīng)后溶質(zhì)為KHCO₃、K₂CO₃；
（3）KHCO₃、K₂CO₃的溶液呈堿性，結(jié)合電荷守恒、物料守恒判斷；
（4）高溫加熱KHCO₃、K₂CO₃的溶液中的碳酸氫鉀會(huì)受熱分解得到碳酸鉀，據(jù)此回答；
（5）根據(jù)電解原理結(jié)合碳酸氫根離子、水的電離平衡的移動(dòng)原理知識(shí)來(lái)回答判斷．

解答 （1）碳酸鹽溶液中通入二氧化碳會(huì)發(fā)生反應(yīng)得到碳酸氫鹽，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：CO₃^2-+CO₂+H₂O=2HCO₃^-；故答案為：CO₃^2-+CO₂+H₂O=2HCO₃^-；
（2）500mL 1mol/L K₂CO₃溶液吸收5.6L 的CO₂，標(biāo)準(zhǔn)狀況下5.6L二氧化碳的物質(zhì)的量為：$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，500mL 1mol/L K₂CO₃溶液中含有碳酸鉀的物質(zhì)的量為：1mol/L×0.5L=0.5mol，0.25mol二氧化碳完全反應(yīng)消耗0.25mol碳酸鉀，生成了0.5mol碳酸氫鉀KHCO₃，則反應(yīng)后溶質(zhì)為KHCO₃、K₂CO₃，故答案為：KHCO₃和K₂CO₃；
（3）a．溶液呈堿性，則c（OH^-）＞c（H⁺），根據(jù)電荷守恒可知：c（K⁺）+c（H⁺）=2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-），故a正確；
b．根據(jù)物料守恒可得：3c（K⁺）=4c（CO₃^2-）+4c（HCO₃^-）+4c（H₂CO₃），c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）=0.75c（K⁺）=0.75mol/L，故b錯(cuò)誤；
c．溶質(zhì)組成為K₂CO₃ 0.75 mol/L、KHCO₃ 1.5 mol/L，由于水解程度較小，則c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）、c（OH^-）＞c（H⁺），溶液中離子濃度大小為：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故c正確；
故答案為：ac；
（4）高溫加熱KHCO₃、K₂CO₃的溶液中的碳酸氫鉀會(huì)受熱分解得到碳酸鉀固體，即2KHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+H₂O；故答案為：2KHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（5）電解碳酸鉀和碳酸氫鉀的混合液，在陰極2H⁺+2e^-=H₂↑，電離平衡HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-、H₂O?H⁺+OH^-右移，使CO₃^2-增加，在陰極上產(chǎn)生的OH^-和HCO₃^-反應(yīng)生成CO₃^2-，使得K₂CO₃在陰極上再生，
故答案為：陰極；在陰極2H⁺+2e-=H₂↑，電離平衡HCO₃^-=H⁺+CO₃^2-和H₂O?H⁺+OH^-右移，使CO₃^2-增加，產(chǎn)生的OH^-和HCO₃^-反應(yīng)生成CO₃^2-，使得K₂CO₃再生．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了離子濃度大小比較，題目難度中等，涉及電解原理、鹽的水解原理、離子濃度大小比較等知識(shí)，明確電解原理、電荷守恒、物料守恒為解答根據(jù)，試題培養(yǎng)了學(xué)生的靈活應(yīng)用能力．