Question

20．研究CO₂在海洋中的轉(zhuǎn)移和歸宿，是當(dāng)今海洋科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域．已知CO₂溶于海水主要以4種無機(jī)碳形式存在，其中HCO₃^-占95%，請按要求回答：
（1）CO₂溶于水轉(zhuǎn)化為HCO₃^-的方程式為：CO₂+H₂O?H₂CO₃，H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，對于此過程能說明已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是BD

A．混合體系中的碳總量保持不變     B．混合液的pH保持不變
C．HCO₃^-與H₂CO₃的濃度相等        D．HCO₃^-的百分含量保持不變
（2）在海洋循環(huán)中，通過如圖1所示的途徑固碳．寫出鈣化作用的離子方程式：2HCO₃^-+Ca²⁺=CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
（3）海水中溶解無機(jī)碳占海水總碳的95%以上，其準(zhǔn)確測量是研究海洋碳循環(huán)的基礎(chǔ)，測量溶解無機(jī)碳，可采用如下方法：
①氣提、吸收CO₂．用N₂從酸化后的海水中吹出CO₂并用堿液吸收（裝置示意圖如圖2），該裝置中干燥管的作用是防止空氣中的二氧化碳進(jìn)入被氫氧化鈉溶液吸收．
②滴定．若Z mL海水中的無機(jī)碳恰好使NaOH吸收液完全轉(zhuǎn)化為200mL的NaHCO₃溶液，再用ymol/L的標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液滴定，有關(guān)數(shù)據(jù)記錄如表：

測定序號	NaHCO3溶液的體積/mL	鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液滴定管中的讀數(shù)/mL
		滴定前	滴定后
1	20.00	1.50	21.52
2	20.00	1.80	25.62
3	20.00	0.20	20.18

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，計算海水中溶解的無機(jī)碳的濃度$\frac{200y}{Z}$mol/L
（4）利用如圖3所示裝置從海水中提取CO₂，有利于減少環(huán)境溫室氣體含量，結(jié)合方程式簡述提取CO₂的原理a室：2H₂O-4e=4H⁺+O₂↑，氫離子通過陽離子交換膜進(jìn)入b室，發(fā)生反應(yīng)：H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O．

Answer 1

分析 （1）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度不再變化，據(jù)此進(jìn)行判斷；
（2）由圖可知：此過程碳酸氫根轉(zhuǎn)化生成碳酸鈣，據(jù)此書寫方程式；
（3）①氫氧化鈉溶液用于吸收二氧化碳，為了排除空氣中二氧化碳的干擾，需要用盛有堿石灰的干燥管；
②發(fā)生反應(yīng)為NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，碳酸氫鈉與HCl的物質(zhì)的量相等，先計算出消耗鹽酸的體積，排除無效數(shù)據(jù)后計算出消耗鹽酸的平均體積，再根據(jù)n=cV計算出HCl的物質(zhì)的量，從而可知碳酸氫鈉的物質(zhì)的量，最后根據(jù)碳元素守恒及c=$\frac{n}{V}$計算海水中溶解的無機(jī)碳的濃度；
（4）a室接電源的正極，為陽極，水失去電子生成氧氣和氫離子，氫離子通過陽離子交換膜進(jìn)入b室，與b室中的碳酸氫根反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，據(jù)此解答即可．

解答 解：（1）A．根據(jù)質(zhì)量守恒可知混合體系中的碳總量始終保持不變，無法據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．混合液的pH保持不變，表明各組分的濃度不再變化，已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．HCO₃^-與H₂CO₃的濃度相等，無法判斷二者濃度是否不變，則無法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯誤；        
D．HCO₃^-的百分含量保持不變，表明正逆反應(yīng)速率相等，各組分濃度不再變化，已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：BD；
（2）反應(yīng)物中含有碳酸氫根，生成物為碳酸鈣，依據(jù)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；
（3）①根據(jù)圖示可知，空氣中二氧化碳能夠與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，干擾了檢驗結(jié)果，為了防止空氣中的二氧化碳進(jìn)入被氫氧化鈉溶液吸收，需要用盛有堿石灰的干燥管，
故答案為：防止空氣中的二氧化碳進(jìn)入被氫氧化鈉溶液吸收；
②第一次滴定消耗鹽酸體積為：21.52mL-1.50mL=20.02mL，
第二次滴定消耗鹽酸體積為：25.62mL-1.80mL=23.82mL（舍棄），
第三次滴定消耗鹽酸體積為：20.18mL-0.20mL=19.98mL，
第二次滴定誤差較大，為無效數(shù)據(jù)，則其它兩次滴定消耗鹽酸評價體積為：$\frac{20.02mL+19.98mL}{2}$=20.00mL，每次滴定消耗HCl的物質(zhì)的量為：ymol/L×0.02L=0.02ymol，
根據(jù)反應(yīng)原理NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O可知，20.00mLNaHCO₃溶液中含有碳酸氫鈉的物質(zhì)的量為：n（NaHCO₃）=n（HCl）=0.02ymol，200mL的NaHCO₃溶液中含有碳酸氫鈉的物質(zhì)的量為：0.02ymol×$\frac{200mL}{20mL}$=0.2ymol，
根據(jù)C元素守恒可知Z mL海水中的無機(jī)碳的物質(zhì)的量為0.2ymol，
所以海水中溶解的無機(jī)碳的濃度為：$\frac{0.2ymol}{Z×1{0}^{-3}L}$=$\frac{200y}{Z}$mol/L，
故答案為：$\frac{200y}{Z}$；
（4）提取CO₂的原理為：a室連接電源正極，為電解池的陽極，b室為陰極，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)為：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑，氫離子通過陽離子交換膜進(jìn)入b室，發(fā)生反應(yīng)為：H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O，
故答案為：a室：2H₂O-4e=4H⁺+O₂↑，氫離子通過陽離子交換膜進(jìn)入b室，發(fā)生反應(yīng)：H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O．

點評 本題考查較為綜合，涉及中和滴定、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷、電解原理、離子方程式書寫等知識，明確中和滴定原理為解答關(guān)鍵，注意掌握電解原理，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用能力．