Question

14．為實現(xiàn)CO₂減排，目前唯一技術成熟的方法是用碳酸鉀溶液為吸收劑捕集工業(yè)煙氣中的CO₂．某研究小組用200mL 1.5mol/L K₂CO₃溶液吸收了3.36L（標準狀況）的CO₂，并研究了吸收后的溶液（稱為富液）的再生．
（1）該富液的溶質成分及其濃度是K₂CO₃0.75mol/L、KHCO₃1.5mol/L．（忽略溶液體積變化）
（2）該富液中離子濃度關系正確的是bc．（填序號）
a．c（K⁺）=2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）
b．3c（K⁺）=4c（CO₃^2-）+4c（HCO₃^-）+4c（H₂CO₃）
c．c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）
（3）傳統(tǒng)的再生方法是將富液加熱，使其脫碳再生．發(fā)生反應的化學方程式是2KHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+H₂O．
（4）近年提出的電解法是一種新型、高效、節(jié)能的再生方法．將富液通入陰極室，將KHCO₃溶液通入陽極室進行電解，其原理如圖1所示：

電解過程中，溶液中各物質濃度的變化情況如圖2所示：
圖示說明：
1：陽極室中c（K₂CO₃）
2：陽極室中c（KHCO₃）
3：陰極室中c（K₂CO₃）
4：陰極室中c（KHCO₃）
陽極室的溶液在電解過程中其組成幾乎保持不變的原因是OH^-在陽極失電子生成O₂（4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O），產生的H⁺消耗溶液中的HCO₃^-（H⁺+HCO₃^-═CO₂↑+H₂O）；陰極室中的HCO₃^-、CO₃^2-進入陽極室，發(fā)生反應CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-或CO₃^2-+H⁺═HCO₃^-，使HCO₃^-得以補充，溶液組成和濃度基本不變．

Answer 1

分析 （1）根據n=cV計算出碳酸鉀的物質的量，根據n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計算出二氧化碳的物質的量，結合二者物質的量判斷反應后產物，然后計算出其物質的量及濃度；
（2）該富液中溶質組成為K₂CO₃ 0.75 mol/L、KHCO₃ 1.5 mol/L，溶液呈堿性，結合電荷守恒、物料守恒判斷；
（3）碳酸氫鉀加熱分解生成碳酸鉀、二氧化碳氣體和水，據此寫出反應的化學方程式；
（4）根據電解原理及陰陽兩極發(fā)生的反應原理分析．

解答 解：（1）標準狀況下3.36L二氧化碳的物質的量為：$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.15mol，200mL 1.5mol/L K₂CO₃溶液中含有碳酸鉀的物質的量為：1.5mol/L×0.2L=0.3mol，0.5mol二氧化碳完全反應消耗0.15mol碳酸鉀，生成了0.3mol碳酸氫鉀KHCO₃，則反應后溶質為KHCO₃、K₂CO₃，濃度為：c（K₂CO₃）=$\frac{0.3mol-0.15mol}{0.2L}$=0.75mol/L；KHCO₃的濃度為：c（KHCO₃）=$\frac{0.3mol}{0.2L}$=1.5mol/L，
故答案為：K₂CO₃ 0.75 mol/L、KHCO₃ 1.5 mol/L；
（2）a．溶液呈堿性，則c（OH^-）＞c（H⁺），根據電荷守恒可知：c（K⁺）＞2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-），故a錯誤；
b．根據物料守恒可得：3c（K⁺）=4c（CO₃^2-）+4c（HCO₃^-）+4c（H₂CO₃），故b正確；
c．溶質組成為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：bc；
（3）碳酸氫鉀加熱分解生成碳酸鉀、二氧化碳氣體和水，反應的化學方程式為：2KHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+H₂O，
故答案為：2KHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（4）由于OH^-在陽極失電子生成O₂（4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O），產生的H⁺消耗溶液中的HCO₃^-（H⁺+HCO₃^-═CO₂↑+H₂O）；在陰極室中的HCO₃^-、CO₃^2-進入陽極室，發(fā)生反應CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-或CO₃^2-+H⁺═HCO₃^-，使HCO₃^-得以補充，溶液組成和濃度基本不變，
故答案為：OH^-在陽極失電子生成O₂（4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O），產生的H⁺消耗溶液中的HCO₃^-（H⁺+HCO₃^-═CO₂↑+H₂O）；陰極室中的HCO₃^-、CO₃^2-進入陽極室，發(fā)生反應CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-或CO₃^2-+H⁺═HCO₃^-，使HCO₃^-得以補充，溶液組成和濃度基本不變．

點評 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、化學方程式計算、離子濃度大小比較等知識，明確電解原理、電荷守恒、物料守恒為解答根據，試題培養(yǎng)了學生的靈活應用能力．