Question

【題目】碳及其化合物廣泛存在于自然界。請回答下列問題：

（1）海洋是地球上碳元素的最大吸收池。

①溶于海水中的CO2主要以四種無機碳形式存在，即：CO2、H2CO3、___________、___________。

②在海洋碳循環中，可通過如上圖所示的途徑固碳。寫出鈣化作用的離子方程式___________。

（2）過量CO2溶解于海水將使許多海洋生物面臨巨大威脅。研究者提出，用下圖所示方法從海水中提取CO2，可以降低環境溫室氣體CO2的含量。

① a室的電極反應式是__________；

② 利用該裝置產生的物質X可處理b室排出的海水，獲得可排回大海的合格海水，X的化學式是__________。

（3）已知：NH3·H2O的Kb=1.7×10－5，H2CO3的Ka1=4.3×10－7、Ka2=5.6×10－11。工業生產尾氣中的CO2捕獲技術之一是氨水溶液吸收技術，工藝流程是將煙氣冷卻至15.5℃～26.5℃后用氨水吸收過量的CO2。所得溶液的pH___________7（填“＞”、“=”或“＜”）。煙氣需冷卻至15.5℃～26.5℃的可能原因是____________。

（4）為了測量某湖水中無機碳含量，量取100mL湖水，酸化后用N2吹出CO2，再用NaOH溶液吸收。往吸收液中滴加1.0mol/L鹽酸，生成的V(CO2)隨V(鹽酸)變化關系如圖所示，則原吸收液中離子濃度由大到小的順序為__________。

Answer 1

【答案】HCO3－ CO32- 2H2O - 4e- = O2↑ + 4H+或4OH--4e-= O2↑+2H2O NaOH ＞ 降低吸收過程中氨水的揮發，促進氨水對CO2的吸收 c(Na+)> c(HCO3-) > c(CO32-) > c(OH-) > c(H+)

【解析】

(1)①二氧化碳溶于水生成碳酸，碳酸為弱酸，部分電離生成碳酸氫根；②由圖可知此過程碳酸氫根轉化生成碳酸鈣，據此書寫方程式；

(2)①a室接電源的正極，為陽極，水失去電子生成氧氣和氫離子；②根據電解原理分析判斷生成物；

(3)該反應是一水合氨和二氧化碳反應生成碳酸氫銨，根據電離平衡常數分析判斷碳酸氫銨溶液的酸堿性；根據溫度對一水合氨和二氧化碳的影響分析解答；

(4)根據圖像可知，生成碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液，碳酸鈉和碳酸氫鈉物質的量之比為1∶1，結合鹽類水解的原理分析解答。

(1)①二氧化碳溶于水生成的碳酸為弱酸，部分電離生成碳酸氫根，有關方程式為：CO2+H2OH2CO3，H2CO3H++HCO3-，溶于海水中的CO2主要以四種無機碳形式存在，即：CO2、H2CO3、HCO3-、CO32-，故答案為：HCO3-、CO32-；

②反應物中含有碳酸氫根，生成物為碳酸鈣，依據元素守恒以及電荷守恒得出方程式為：

2HCO3-+Ca2+=CaCO3↓+CO2↑+H2O，故答案為：2HCO3-+Ca2+=CaCO3↓+CO2↑+H2O；

(2)①a室接電源的正極，為陽極，水失去電子生成氧氣和氫離子，電極反應式為2H2O-4e-=4H++O2↑或4OH--4e-= O2↑+2H2O，故答案為：2H2O-4e-=4H++O2↑或4OH--4e-= O2↑+2H2O；

②c室接電源的負極，為陰極，水得到電子生成氫氣和氫氧根離子，海水中含有大量Na+，通過陽離子交換膜進入出c室生成NaOH，用氫氧化鈉處理b室排出的海水(pH＜6的海水)，獲得可排回大海的合格海水，故答案為：NaOH；

(3)工藝流程是將煙氣冷卻至15.5～26.5℃后用氨水吸收過量的CO2，該反應是一水合氨和二氧化碳反應生成碳酸氫銨，反應的化學方程式為：NH3·H2O+CO2=NH4HCO3，根據NH3·H2O的Kb=1.7×10－5，H2CO3的Ka1=4.3×10－7、Ka2=5.6×10－11可知碳酸氫根離子的水解程度(Kh==×10－3)大于銨根離子的水解程度(Kh==×10－9)，溶液顯堿性，pH＞7；煙氣冷卻至15.5～26.5℃，可以降低吸收過程中氨氣揮發，促進氨水對二氧化碳的成分吸收，故答案為：＞；降低吸收過程中氨氣揮發，促進氨水對二氧化碳的成分吸收；

(4)為了測量某湖水中無機碳含量，量取100mL湖水，酸化后用 N2吹出CO2，再用NaOH溶液吸收，往吸收液中滴加1.0mol/L鹽酸，可能發生的反應先后為NaOH+ HCl=NaCl+H2O，Na2CO3 + HCl = NaHCO3 +NaCl，NaHCO3 + HCl=NaCl+H2O＋CO2↑，根據圖像可知，溶液中含有碳酸氫鈉和碳酸鈉，且二者物質的量之比為1∶1，二者水解，溶液顯堿性，溶液中離子濃度大小為：c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(H+)，故答案為：c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(H+)。