Question

16．K₂CO₃有广泛的用途．
（1）钾肥草木灰中含有K₂CO₃、K₂SO₄、KCl等．将草木灰用水浸取，过滤、蒸发得浓缩液．
①该浓缩液呈碱性的原因用离子方程式表示为CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-．
②检验该浓缩液中Cl^-所用的试剂有ABD．
A．AgNO₃溶液B．硝酸C．盐酸
D．Ba（NO₃）₂溶液E．BaCl₂溶液
（2）工业上曾利用如下反应生产碳酸钾：K₂SO₄+C+CaCO₃→K₂CO₃+X+CO₂↑（未配平），已知X为两种元素组成的化合物，则X的化学式为CaS；反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为1：2．
（3）离子膜电解-炭化法是目前生产碳酸钾的常用的方法．
第一步：精制KCl溶液粗KCl中含有Ca²⁺、Mg²⁺等离子，按以下流程精制：

已知：加入K₂CO₃后，溶液中部分Mg²⁺转化为MgCO₃沉淀．
K_sp[Mg（OH）₂]=5.6×10^-12，K_sp（CaCO₃）=2.8×10^-9，K_sp（MgCO₃）=6.8×10^-6．
①操作Ⅰ的名称是过滤．
②当加入KOH后，溶液中n（CO₃^2-）增大，主要原因是K_sp[Mg（OH）₂]比K_sp[MgCO₃]小，加入KOH后，MgCO₃转化为Mg（OH）₂而导致n（CO₃^2-）增大（或其他合理答案，如：MgCO₃（s）?Mg²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），加入KOH，Mg²⁺与OH^-结合生成更难溶的Mg（OH）₂，使平衡正移，n（CO₃^2-）增大）．
第二步：电解精制后的KCl溶液制取KOH，其它产物制取盐酸．
第三步：将KOH与CO₂反应转化为KHCO₃，再将KHCO₃分解得到产品．
③离子膜电解-炭化法的整个过程中，可以循环利用的物质有盐酸、CO₂．

Answer 1

分析 （1）①钾肥草木灰中含有的碳酸钾为强碱弱酸盐，碳酸根离子水解而使其溶液呈碱性；
②检验Cl^-的方法是利用Ag⁺+Cl^-=AgCl↓产生白色沉淀的原理，加入HNO₃酸化后，应该再加入含有Ag⁺的溶液，但该浓缩液含有硫酸根离子，需排除干扰，加入适量的Ba（NO₃）₂溶液可除去SO₄^2-；
（2）根据元素守恒X必含有钙元素，反应前后碳的化合价升高，硫的化合价降低，X为硫化钙，得电子化合价降低的反应物是氧化剂、失电子化合价升高的反应物是还原剂，转移电子数为8e^-；
（3）①粗KCl中含有Ca²⁺、Mg²⁺等离子，加入碳酸钾除去钙离子，形成碳酸钙沉淀，加入氢氧化钾，除去镁离子形成氢氧化镁沉淀，通过过滤实现固液分离；
②难溶电解质的溶度积越小，越易生成沉淀，加入KOH后，MgCO₃转化为Mg（OH）₂而导致n（CO₃^2-）增大；
③在离子膜电解-炭化法的整个过程中盐酸、CO₂ 可以循环利用．

解答 解：（1）钾肥草木灰中含有的碳酸钾为强碱弱酸盐，碳酸根离子水解而使其溶液呈碱性，水解方程式为：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，
故答案为：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-；
②钾肥草木灰中含有K₂CO₃、K₂SO₄、KCl等，氯离子的检验方法：加硝酸酸化的硝酸银后会产生白色沉淀，但要排除硫酸根的干扰，所以操作为：取少量浓缩液，滴加足量的Ba（NO₃）₂溶液，静置，取上层清液，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，若有白色沉淀产生，则存在Cl^-，所以选择ABD，
故答案为：ABD；
（2）根据元素守恒以及工业上曾利用该反应生产碳酸钾未配平的方程式K₂SO₄+C+CaCO₃→K₂CO₃+X+CO₂↑可知：X必含有钙元素，碳元素化合价升高，必有化合价降低的元素，为硫，所以该反应为：K₂SO₄+2C+CaCO₃=K₂CO₃+CaS+2CO₂↑，S元素化合价由+6价降低到-2价，所以K₂SO₄为氧化剂，C元素化合价由0价升高为+4价，结合化学方程式中元素化合价变化，所以C为还原剂，反应中氧化剂与还原剂物质的量之比是1：2，
故答案为：CaS；1：2；
（3）①粗KCl中含有Ca²⁺、Mg²⁺等离子，加入碳酸钾除去钙离子，形成碳酸钙沉淀，溶液中部分Mg²⁺转化为MgCO₃沉淀，但K_sp[Mg（OH）₂]=5.6×10^-12＜K_sp（MgCO₃）=6.8×10^-6．，所以加入氢氧化钾，除去镁离子形成氢氧化镁沉淀，通过过滤操作，分离出沉淀和滤液中的钾离子、氯离子，
故答案为：过滤；
②K_sp[Mg（OH）₂]=5.6×10^-12＜K_sp（MgCO₃）=6.8×10^-6，难溶电解质的溶度积越小，越易生成沉淀，加入KOH后，MgCO₃转化为Mg（OH）₂而导致n（CO₃^2-）增大，也可理解为：MgCO₃（s）?Mg²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），加入KOH，Mg²⁺与OH^-结合生成更难溶的Mg（OH）₂，使平衡正移，n（CO₃^2-）增大，
故答案为：K_sp[Mg（OH）₂]比K_sp[MgCO₃]小，加入KOH后，MgCO₃转化为Mg（OH）₂而导致n（CO₃^2-）增大（或其他合理答案，如：MgCO₃（s）?Mg²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），加入KOH，Mg²⁺与OH^-结合生成更难溶的Mg（OH）₂，使平衡正移，n（CO₃^2-）增大）；
③离子膜电解-炭化法第二步：电解精制后的KCl溶液制取KOH，其它产物制取盐酸，制得的盐酸可提供给第一步：精制KCl溶液中和所需盐酸，第三步：将KOH与CO₂反应转化为KHCO₃，再将KHCO₃分解得到产品同时生成二氧化碳，为KOH转化为KHCO₃提供CO₂，所以可以循环利用的物质有：盐酸、CO₂，
故答案为：盐酸、CO₂．

点评 本题考查K₂CO₃的有关知识、涉及盐类水解、物质的分离提纯、氧化还原、对离子膜电解-炭化法实验原理的理解等，难度中等，理解实验原理是解题的关键，是对知识的综合考查，要求学生具有扎实的基础及综合运用知识分析问题、解决问题的能力．