Question

为实现CO₂减排，热钾碱法化学吸收CO₂在合成氨、制氢、天然气等石油化工行业中应用广泛。该方法的原理是用碳酸钾溶液吸收CO₂生成碳酸氢钾（称富液）来脱除CO₂。之后高温加热富液，使碳酸氢钾分解释放CO₂生成碳酸钾，溶液循环使用。某研究小组用500 mL 1 mol/L K₂CO₃溶液吸收5.6 L 的CO₂（标准状况）形成富液（忽略溶液体积变化）。

（1）碳酸钾溶液吸收CO₂，发生反应的离子方程式是               。

（2）该富液中的溶质是__________（填化学式）。

（3）该富液中，下列说法正确的是________。

a．c(K⁺) + c(H⁺) = 2c(CO₃^2－) +c(HCO₃^－) +c(OH^－)

b． c(CO₃^2－) + c(HCO₃^－) + c(H₂CO₃)＝2 mol/L

c．c(K⁺) > c(HCO₃^－) > c(CO₃^2－) > c(OH^－) > c(H⁺)

（4）高温加热该富液，得到K₂CO₃溶液。发生反应的化学方程式是_________________。

（5）电解法也可以使K₂CO₃溶液再生。其原理如下图所示，富液应进入            （填“阴极”或“阳极”）室。结合方程式简述再生K₂CO₃的原理是             。

Answer

（1）CO32－+ CO2 + H2O = 2HCO3－

（2）KHCO3和K2CO3；（3）a c；

（4）2KHCO3K2CO3 + CO2↑+ H2O

（5）阴极水电离出H+在阴极得电子生成H2↑，使水的平衡正移；产生的OH－和HCO3－反应生成CO32－，使得K2CO3再生。

【解析】

试题分析：(1)碳酸钾溶液吸收CO2，反应产生碳酸氢钾，发生反应的离子方程式是CO32－+ CO2 + H2O = 2HCO3－；(2)n(K2CO3)= 1 mol/L×0.5L=0.5mol；n(CO2)= 5.6 L÷22.4L/mol=0.25mol，根据反应方程式CO32－+ CO2 + H2O = 2HCO3－可知K2CO3过量，反应产生的碳酸氢钾的物质的量是n(KHCO3)=2n(CO2)=0．5mol，过量的碳酸钾的物质的量是n(K2CO3)= 0.5mol-0.25mol=0.25mol，故反应后的溶液为KHCO3和K2CO3；(3)在反应后的溶液中n(K2CO3): n(KHCO3)= 0.25mol: 0.5mol=1:2；A．根据电荷守恒可知c(K+) + c(H+) = 2c(CO32－) +c(HCO3－) +c(OH－)，正确；b．根据碳元素守恒，可得c(CO32－) + c(HCO3－) + c(H2CO3)＝(1mol/L× 0.5L+0.25mol)÷0.5L =1．5mol/L，错误；c．该盐是KHCO3和K2CO3按2:1的混合溶液，根据物料守恒，可得c(K+)最大，两种盐都是强碱弱酸盐，阴离子水解使溶液显碱性，c(OH－) > c(H+)，HCO3－水解程度小于CO32－，所以c(HCO3－) > c(CO32－) ，但是盐水解程度总的来说是微弱的，盐电离产生的离子浓度大于水解产生的离子浓度，所以溶液中离子浓度关系是：c(K+) > c(HCO3－) > c(CO32－) > c(OH－) > c(H+)，正确；（4）KHCO3 不稳定，受热发生分解反应产生碳酸钾、二氧化碳和水，反应的方程式是：2KHCO3K2CO3 + CO2↑+ H2O；（5）电解法也可以使K2CO3溶液再生。根据图所示，可知水电离产生的H+在阴极获得电子变为氢气逸出，水产生的OH-在阳极失去电子变为O2，产生的OH－和HCO3－反应生成CO32－，使得K2CO3再生。再生K2CO3的原理是水电离出H+在阴极得电子生成H2↑，使水的平衡正移；产生的OH－和HCO3－反应生成CO32－，富液应进入阴极室。

考点：考查溶液成分的确定、化学方程式、离子方程式的书写、电解原理的应用的知识。