Question

【题目】碳及其化合物广泛存在于自然界。请回答下列问题：

（1）海洋是地球上碳元素的最大吸收池。

①溶于海水中的CO2主要以四种无机碳形式存在，即：CO2、H2CO3、___________、___________。

②在海洋碳循环中，可通过如上图所示的途径固碳。写出钙化作用的离子方程式___________。

（2）过量CO2溶解于海水将使许多海洋生物面临巨大威胁。研究者提出，用下图所示方法从海水中提取CO2，可以降低环境温室气体CO2的含量。

① a室的电极反应式是__________；

② 利用该装置产生的物质X可处理b室排出的海水，获得可排回大海的合格海水，X的化学式是__________。

（3）已知：NH3·H2O的Kb=1.7×10－5，H2CO3的Ka1=4.3×10－7、Ka2=5.6×10－11。工业生产尾气中的CO2捕获技术之一是氨水溶液吸收技术，工艺流程是将烟气冷却至15.5℃～26.5℃后用氨水吸收过量的CO2。所得溶液的pH___________7（填“＞”、“=”或“＜”）。烟气需冷却至15.5℃～26.5℃的可能原因是____________。

（4）为了测量某湖水中无机碳含量，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盐酸，生成的V(CO2)随V(盐酸)变化关系如图所示，则原吸收液中离子浓度由大到小的顺序为__________。

Answer 1

【答案】HCO3－ CO32- 2H2O - 4e- = O2↑ + 4H+或4OH--4e-= O2↑+2H2O NaOH ＞ 降低吸收过程中氨水的挥发，促进氨水对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，碳酸为弱酸，部分电离生成碳酸氢根；②由图可知此过程碳酸氢根转化生成碳酸钙，据此书写方程式；

(2)①a室接电源的正极，为阳极，水失去电子生成氧气和氢离子；②根据电解原理分析判断生成物；

(3)该反应是一水合氨和二氧化碳反应生成碳酸氢铵，根据电离平衡常数分析判断碳酸氢铵溶液的酸碱性；根据温度对一水合氨和二氧化碳的影响分析解答；

(4)根据图像可知，生成碳酸钠和碳酸氢钠溶液，碳酸钠和碳酸氢钠物质的量之比为1∶1，结合盐类水解的原理分析解答。

(1)①二氧化碳溶于水生成的碳酸为弱酸，部分电离生成碳酸氢根，有关方程式为：CO2+H2OH2CO3，H2CO3H++HCO3-，溶于海水中的CO2主要以四种无机碳形式存在，即：CO2、H2CO3、HCO3-、CO32-，故答案为：HCO3-、CO32-；

②反应物中含有碳酸氢根，生成物为碳酸钙，依据元素守恒以及电荷守恒得出方程式为：

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

(2)①a室接电源的正极，为阳极，水失去电子生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑或4OH--4e-= O2↑+2H2O，故答案为：2H2O-4e-=4H++O2↑或4OH--4e-= O2↑+2H2O；

②c室接电源的负极，为阴极，水得到电子生成氢气和氢氧根离子，海水中含有大量Na+，通过阳离子交换膜进入出c室生成NaOH，用氢氧化钠处理b室排出的海水(pH＜6的海水)，获得可排回大海的合格海水，故答案为：NaOH；

(3)工艺流程是将烟气冷却至15.5～26.5℃后用氨水吸收过量的CO2，该反应是一水合氨和二氧化碳反应生成碳酸氢铵，反应的化学方程式为：NH3·H2O+CO2=NH4HCO3，根据NH3·H2O的Kb=1.7×10－5，H2CO3的Ka1=4.3×10－7、Ka2=5.6×10－11可知碳酸氢根离子的水解程度(Kh==×10－3)大于铵根离子的水解程度(Kh==×10－9)，溶液显碱性，pH＞7；烟气冷却至15.5～26.5℃，可以降低吸收过程中氨气挥发，促进氨水对二氧化碳的成分吸收，故答案为：＞；降低吸收过程中氨气挥发，促进氨水对二氧化碳的成分吸收；

(4)为了测量某湖水中无机碳含量，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盐酸，可能发生的反应先后为NaOH+ HCl=NaCl+H2O，Na2CO3 + HCl = NaHCO3 +NaCl，NaHCO3 + HCl=NaCl+H2O＋CO2↑，根据图像可知，溶液中含有碳酸氢钠和碳酸钠，且二者物质的量之比为1∶1，二者水解，溶液显碱性，溶液中离子浓度大小为：c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(H+)，故答案为：c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(H+)。