Question

14．为实现CO₂减排，目前唯一技术成熟的方法是用碳酸钾溶液为吸收剂捕集工业烟气中的CO₂．某研究小组用200mL 1.5mol/L K₂CO₃溶液吸收了3.36L（标准状况）的CO₂，并研究了吸收后的溶液（称为富液）的再生．
（1）该富液的溶质成分及其浓度是K₂CO₃0.75mol/L、KHCO₃1.5mol/L．（忽略溶液体积变化）
（2）该富液中离子浓度关系正确的是bc．（填序号）
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）传统的再生方法是将富液加热，使其脱碳再生．发生反应的化学方程式是2KHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+H₂O．
（4）近年提出的电解法是一种新型、高效、节能的再生方法．将富液通入阴极室，将KHCO₃溶液通入阳极室进行电解，其原理如图1所示：

电解过程中，溶液中各物质浓度的变化情况如图2所示：
图示说明：
1：阳极室中c（K₂CO₃）
2：阳极室中c（KHCO₃）
3：阴极室中c（K₂CO₃）
4：阴极室中c（KHCO₃）
阳极室的溶液在电解过程中其组成几乎保持不变的原因是OH^-在阳极失电子生成O₂（4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O），产生的H⁺消耗溶液中的HCO₃^-（H⁺+HCO₃^-═CO₂↑+H₂O）；阴极室中的HCO₃^-、CO₃^2-进入阳极室，发生反应CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-或CO₃^2-+H⁺═HCO₃^-，使HCO₃^-得以补充，溶液组成和浓度基本不变．

Answer 1

分析 （1）根据n=cV计算出碳酸钾的物质的量，根据n=$\frac{V}{{V}_{m}}$计算出二氧化碳的物质的量，结合二者物质的量判断反应后产物，然后计算出其物质的量及浓度；
（2）该富液中溶质组成为K₂CO₃ 0.75 mol/L、KHCO₃ 1.5 mol/L，溶液呈碱性，结合电荷守恒、物料守恒判断；
（3）碳酸氢钾加热分解生成碳酸钾、二氧化碳气体和水，据此写出反应的化学方程式；
（4）根据电解原理及阴阳两极发生的反应原理分析．

解答 解：（1）标准状况下3.36L二氧化碳的物质的量为：$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.15mol，200mL 1.5mol/L K₂CO₃溶液中含有碳酸钾的物质的量为：1.5mol/L×0.2L=0.3mol，0.5mol二氧化碳完全反应消耗0.15mol碳酸钾，生成了0.3mol碳酸氢钾KHCO₃，则反应后溶质为KHCO₃、K₂CO₃，浓度为：c（K₂CO₃）=$\frac{0.3mol-0.15mol}{0.2L}$=0.75mol/L；KHCO₃的浓度为：c（KHCO₃）=$\frac{0.3mol}{0.2L}$=1.5mol/L，
故答案为：K₂CO₃ 0.75 mol/L、KHCO₃ 1.5 mol/L；
（2）a．溶液呈碱性，则c（OH^-）＞c（H⁺），根据电荷守恒可知：c（K⁺）＞2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-），故a错误；
b．根据物料守恒可得：3c（K⁺）=4c（CO₃^2-）+4c（HCO₃^-）+4c（H₂CO₃），故b正确；
c．溶质组成为K₂CO₃ 0.75 mol/L、KHCO₃ 1.5 mol/L，由于水解程度较小，则c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）、c（OH^-）＞c（H⁺），溶液中离子浓度大小为：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故c正确；
故答案为：bc；
（3）碳酸氢钾加热分解生成碳酸钾、二氧化碳气体和水，反应的化学方程式为：2KHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+H₂O，
故答案为：2KHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（4）由于OH^-在阳极失电子生成O₂（4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O），产生的H⁺消耗溶液中的HCO₃^-（H⁺+HCO₃^-═CO₂↑+H₂O）；在阴极室中的HCO₃^-、CO₃^2-进入阳极室，发生反应CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-或CO₃^2-+H⁺═HCO₃^-，使HCO₃^-得以补充，溶液组成和浓度基本不变，
故答案为：OH^-在阳极失电子生成O₂（4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O），产生的H⁺消耗溶液中的HCO₃^-（H⁺+HCO₃^-═CO₂↑+H₂O）；阴极室中的HCO₃^-、CO₃^2-进入阳极室，发生反应CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-或CO₃^2-+H⁺═HCO₃^-，使HCO₃^-得以补充，溶液组成和浓度基本不变．

点评 本题考查了离子浓度大小比较，题目难度中等，涉及电解原理、盐的水解原理、化学方程式计算、离子浓度大小比较等知识，明确电解原理、电荷守恒、物料守恒为解答根据，试题培养了学生的灵活应用能力．