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19.(6分)草木灰可作纺织品漂洗剂等,小组同学对草木灰的成分、性质和应用等进行了探究。
任务一:提取草木灰中的$\ce{K_{2}CO_{3}}$
【查阅资料1】①草木灰的主要成分是$\ce{K_{2}CO_{3}}$;②$\ce{K_{2}CO_{3}}$的溶解度曲线如图1所示。
图1 碳酸钾溶解度曲线 图2 浸洗草木灰的实验装置
【进行实验1】
步骤1:如图2所示,用$60°\mathrm{C}$水浸洗草木灰。
步骤2:过滤,洗涤滤渣2次,合并滤液。
步骤3:蒸发滤液,结晶并烘干得到$\ce{K_{2}CO_{3}}$固体。
【实验分析】
(1)步骤1中选用$60°\mathrm{C}$的温水而不用冷水浸洗草木灰的原因是。
(2)根据图3所示的信息,请从节能与省时两方面综合考虑,提取草木灰中$\ce{K_{2}CO_{3}}$比较适宜的转速和浸取时间分别为r/min、20 min。
任务二:$\ce{K_{2}CO_{3}}$溶液显碱性的原因
【查阅资料2】氯化钙的水溶液呈中性。
【猜想与假设】
猜想1:溶液呈碱性是由溶液中的$\ce{K^{+}}$引起的。
猜想2:溶液呈碱性是由溶液中的$\ce{CO^{2-}_{3}}$引起的。
【进行实验2】
(3)向1支洁净的小试管中加入少量$\ce{K_{2}CO_{3}}$固体,再加入少量蒸馏水,振荡,待固体完全溶解后,滴入3滴无色酚酞溶液,溶液变红,再逐滴滴入$\ce{CaCl_{2}}$溶液至过量时,出现现象,说明溶液呈碱性是由溶液中的$\ce{CO^{2-}_{3}}$引起的。
任务三:探究碳酸钾的化学性质
【进行实验3】
取配好的碳酸钾溶液于试管中,逐滴加入稀盐酸,同学们利用pH传感器记录反应过程中溶液pH与加入稀盐酸体积的关系,如图4所示。
(4)某些同学观察到滴加盐酸的过程中开始无气泡,后来有气泡产生,碳酸钾和盐酸反应产生气泡的化学方程式为。
(5)下列试剂能验证出反应后溶液处于图4中c点的是(填字母)。
A. pH试纸
B. 铜粉
C. 碳酸钠溶液
D. 硝酸银溶液
任务四:再探碳酸钾和盐酸的反应
(6)向碳酸钾溶液中滴加盐酸一开始为什么没有气泡?同学们查阅资料:①向碳酸钾溶液中逐滴滴加少量稀盐酸,能生成碳酸氢钾和另一种盐,无气泡产生;②碳酸氢钾溶液pH约为9.2。在老师的帮助下,由图4分析可知,碳酸钠与稀盐酸反应分两步进行,其中ab段反应的化学方程式为,此反应说明反应物的量不同,产物可能不同。
任务一:提取草木灰中的$\ce{K_{2}CO_{3}}$
【查阅资料1】①草木灰的主要成分是$\ce{K_{2}CO_{3}}$;②$\ce{K_{2}CO_{3}}$的溶解度曲线如图1所示。
图1 碳酸钾溶解度曲线 图2 浸洗草木灰的实验装置
【进行实验1】
步骤1:如图2所示,用$60°\mathrm{C}$水浸洗草木灰。
步骤2:过滤,洗涤滤渣2次,合并滤液。
步骤3:蒸发滤液,结晶并烘干得到$\ce{K_{2}CO_{3}}$固体。
【实验分析】
(1)步骤1中选用$60°\mathrm{C}$的温水而不用冷水浸洗草木灰的原因是。
(2)根据图3所示的信息,请从节能与省时两方面综合考虑,提取草木灰中$\ce{K_{2}CO_{3}}$比较适宜的转速和浸取时间分别为r/min、20 min。
任务二:$\ce{K_{2}CO_{3}}$溶液显碱性的原因
【查阅资料2】氯化钙的水溶液呈中性。
【猜想与假设】
猜想1:溶液呈碱性是由溶液中的$\ce{K^{+}}$引起的。
猜想2:溶液呈碱性是由溶液中的$\ce{CO^{2-}_{3}}$引起的。
【进行实验2】
(3)向1支洁净的小试管中加入少量$\ce{K_{2}CO_{3}}$固体,再加入少量蒸馏水,振荡,待固体完全溶解后,滴入3滴无色酚酞溶液,溶液变红,再逐滴滴入$\ce{CaCl_{2}}$溶液至过量时,出现现象,说明溶液呈碱性是由溶液中的$\ce{CO^{2-}_{3}}$引起的。
任务三:探究碳酸钾的化学性质
【进行实验3】
取配好的碳酸钾溶液于试管中,逐滴加入稀盐酸,同学们利用pH传感器记录反应过程中溶液pH与加入稀盐酸体积的关系,如图4所示。
(4)某些同学观察到滴加盐酸的过程中开始无气泡,后来有气泡产生,碳酸钾和盐酸反应产生气泡的化学方程式为。
(5)下列试剂能验证出反应后溶液处于图4中c点的是(填字母)。
A. pH试纸
B. 铜粉
C. 碳酸钠溶液
D. 硝酸银溶液
任务四:再探碳酸钾和盐酸的反应
(6)向碳酸钾溶液中滴加盐酸一开始为什么没有气泡?同学们查阅资料:①向碳酸钾溶液中逐滴滴加少量稀盐酸,能生成碳酸氢钾和另一种盐,无气泡产生;②碳酸氢钾溶液pH约为9.2。在老师的帮助下,由图4分析可知,碳酸钠与稀盐酸反应分两步进行,其中ab段反应的化学方程式为,此反应说明反应物的量不同,产物可能不同。
答案
解：
(1) 60℃时$\ce{K_{2}CO_{3}}$的溶解度更大，可提高草木灰中碳酸钾的浸取效率
(2) 500
(3) 产生白色沉淀，溶液由红色逐渐变为无色
(4) $\ce{K_{2}CO_{3} + 2HCl = 2KCl + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
(5) AC
(6) $\ce{K_{2}CO_{3} + HCl = KHCO_{3} + KCl}$
(1) 60℃时$\ce{K_{2}CO_{3}}$的溶解度更大，可提高草木灰中碳酸钾的浸取效率
(2) 500
(3) 产生白色沉淀，溶液由红色逐渐变为无色
(4) $\ce{K_{2}CO_{3} + 2HCl = 2KCl + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
(5) AC
(6) $\ce{K_{2}CO_{3} + HCl = KHCO_{3} + KCl}$
解析
【分析】本题围绕草木灰中碳酸钾的提取及性质探究展开，需结合溶解度曲线、盐的化学性质、实验现象分析等知识逐一解决问题：(1)根据溶解度与温度的关系，温度越高碳酸钾溶解度越大，温水浸洗可提高浸取效率；(2)结合节能省时要求，从实验图中确定适宜转速；(3)通过加入氯化钙验证碳酸根对碱性的影响，需观察沉淀和溶液颜色变化；(4)根据碳酸钾与盐酸的反应规律书写方程式；(5)分析图中c点溶液的酸碱性，结合试剂性质选择验证试剂；(6)根据资料中反应分两步的信息，确定ab段的反应方程式。
【解析】(1)由$\ce{K_{2}CO_{3}}$的溶解度曲线可知，温度越高其溶解度越大，60℃时溶解度远大于冷水，因此用温水浸洗能溶解更多碳酸钾，提高浸取效率；(2)从实验的转速与时间关系图，结合节能省时要求，适宜的转速为500r/min；(3)要证明碱性由$\ce{CO^{2-}_{3}}$引起，加入$\ce{CaCl_{2}}$后，$\ce{CO^{2-}_{3}}$与$\ce{Ca^{2+}}$反应生成$\ce{CaCO_{3}}$白色沉淀，溶液中$\ce{CO^{2-}_{3}}$减少，碱性消失，因此酚酞溶液由红色变为无色；(4)碳酸钾与盐酸反应生成氯化钾、水和二氧化碳，化学方程式为$\ce{K_{2}CO_{3} + 2HCl = 2KCl + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$；(5)图中c点溶液呈酸性，pH试纸可测出pH＜7（验证酸性），碳酸钠溶液与酸反应产生气泡（验证酸性），铜粉与酸不反应，硝酸银与$\ce{Cl^-}$反应生成沉淀但无法验证酸性，故选AC；(6)根据资料，碳酸钾与少量盐酸反应生成碳酸氢钾和氯化钾，ab段反应的化学方程式为$\ce{K_{2}CO_{3} + HCl = KHCO_{3} + KCl}$。
【答案】(1)60℃时$\ce{K_{2}CO_{3}}$的溶解度更大，可提高草木灰中碳酸钾的浸取效率；(2)500；(3)产生白色沉淀，溶液由红色逐渐变为无色；(4)$\ce{K_{2}CO_{3} + 2HCl = 2KCl + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$；(5)AC；(6)$\ce{K_{2}CO_{3} + HCl = KHCO_{3} + KCl}$
【知识点】溶解度的应用、盐的化学性质、化学方程式书写
【点评】本题以草木灰的探究为情境，综合考查了溶解度、盐的性质及实验分析能力，注重对学生图表信息提取和知识应用能力的考查，是一道典型的实验探究题。
【难度系数】0.6
【解析】(1)由$\ce{K_{2}CO_{3}}$的溶解度曲线可知，温度越高其溶解度越大，60℃时溶解度远大于冷水，因此用温水浸洗能溶解更多碳酸钾，提高浸取效率；(2)从实验的转速与时间关系图，结合节能省时要求，适宜的转速为500r/min；(3)要证明碱性由$\ce{CO^{2-}_{3}}$引起，加入$\ce{CaCl_{2}}$后，$\ce{CO^{2-}_{3}}$与$\ce{Ca^{2+}}$反应生成$\ce{CaCO_{3}}$白色沉淀，溶液中$\ce{CO^{2-}_{3}}$减少，碱性消失，因此酚酞溶液由红色变为无色；(4)碳酸钾与盐酸反应生成氯化钾、水和二氧化碳，化学方程式为$\ce{K_{2}CO_{3} + 2HCl = 2KCl + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$；(5)图中c点溶液呈酸性，pH试纸可测出pH＜7（验证酸性），碳酸钠溶液与酸反应产生气泡（验证酸性），铜粉与酸不反应，硝酸银与$\ce{Cl^-}$反应生成沉淀但无法验证酸性，故选AC；(6)根据资料，碳酸钾与少量盐酸反应生成碳酸氢钾和氯化钾，ab段反应的化学方程式为$\ce{K_{2}CO_{3} + HCl = KHCO_{3} + KCl}$。
【答案】(1)60℃时$\ce{K_{2}CO_{3}}$的溶解度更大，可提高草木灰中碳酸钾的浸取效率；(2)500；(3)产生白色沉淀，溶液由红色逐渐变为无色；(4)$\ce{K_{2}CO_{3} + 2HCl = 2KCl + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$；(5)AC；(6)$\ce{K_{2}CO_{3} + HCl = KHCO_{3} + KCl}$
【知识点】溶解度的应用、盐的化学性质、化学方程式书写
【点评】本题以草木灰的探究为情境，综合考查了溶解度、盐的性质及实验分析能力，注重对学生图表信息提取和知识应用能力的考查，是一道典型的实验探究题。
【难度系数】0.6
