Question

1．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．

（1）溶于海水的CO₂主要以4種無機(jī)碳形式存在，其中HCO₃^-占95%．寫出CO₂溶于水HCO₃^-的方程式CO₂+H₂O?H₂CO₃?H⁺+HCO₃^-．
（2）在海洋碳循環(huán)中，通過如圖1所示的途徑固碳．
①寫出鈣化作用的離子方程式Ca²⁺+2HCO₃^-═CaCO₃↓+H₂O+CO₂↑．
②同位素示蹤法證實(shí)光合作用釋放出的O₂只來自于H₂O．用¹⁸O標(biāo)記物質(zhì)的光合作用的化學(xué)方程式如下，將其補(bǔ)充完整：xCO₂+2xH₂¹⁸O$\frac{\underline{\;\;\;光能\;\;\;}}{葉綠體}$�。–H₂O）_x+x¹⁸O₂+xH₂O
（3）測(cè)量海水中溶解的無機(jī)碳，可采用如下方法：
①氣提、吸收CO₂．用N₂從酸化后的z mL海水中吹出CO₂并用堿液吸收，轉(zhuǎn)化為NaHCO₃．
②滴定．再用x mol•L^-1HCl溶液滴定，消耗y mLHCl溶液．海水中溶解無機(jī)碳的濃度=$\frac{xy}{z}$mol•L^-1（4）利用如圖2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．
①結(jié)合方程式簡(jiǎn)述提取CO₂的原理：a室（陽(yáng)極區(qū)）發(fā)生如下反應(yīng)：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，H⁺通過陽(yáng)離子膜進(jìn)入b室，與其中的HCO₃^-發(fā)生反應(yīng)：H⁺+HCO₃^-═H₂O+CO₂↑，產(chǎn)生CO₂
②用該裝置產(chǎn)生的物質(zhì)處理b室排出的海水，合格（pH=8）后排回大海．處理至合格的方法是c室發(fā)生反應(yīng)：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，用其生成的產(chǎn)物堿溶液調(diào)節(jié)b室流出的酸性溶液的pH，至pH≈8．

Answer 1

分析 （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）①由圖可知：鈣化過程是碳酸氫鈣變化為碳酸鈣、水和二氧化碳，此過程碳酸氫根轉(zhuǎn)化生成碳酸鈣，利用原子守恒書寫方程式；
②光合作用是二氧化碳與水在太陽(yáng)光作用下，在葉綠體中反應(yīng)生成有機(jī)物、放出氧氣的過程，氧氣來源于水中的氧，據(jù)原子守恒配平寫出；
（3）①由題意可知，需從酸化后的海水中吹出二氧化碳，那么需要滴加稀酸酸化，且裝置中應(yīng)從長(zhǎng)管吹入氮?dú)�，從短管吹出二氧化碳，�?jù)此解答即可；
②依據(jù)原理NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，碳酸氫鈉與鹽酸的物質(zhì)的量之比為1：1列式計(jì)算；
（4）①a室接電源的正極，為陽(yáng)極，水失去電子生成氧氣和氫離子，氫離子通過陽(yáng)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；
②c室連接電源的負(fù)極，為陰極，水得到電子生成氫氣和氫氧根，a室中產(chǎn)生氫離子，用c室排除的堿液將從b室排出的酸性海水調(diào)節(jié)即可，據(jù)此解答．

解答 解：（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(guān)方程式為：CO₂+H₂O?H₂CO₃，H₂CO₃?H⁺+HCO₃^-，或CO₂+H₂O?HCO₃^-+H⁺，
故答案為：CO₂+H₂O?H₂CO₃，H₂CO₃?H⁺+HCO₃^-或CO₂+H₂O?HCO₃^-+H⁺；
（2）①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；
②光合作用產(chǎn)生的氧氣來源于水，即水中的氧原子采用示蹤法標(biāo)記為¹⁸O，依據(jù)元素守恒配平應(yīng)需要xCO₂和2xH₂¹⁸O，故答案為：xCO₂；2xH₂¹⁸O；
（3）②此反應(yīng)原理為：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，即碳酸氫鈉與鹽酸的物質(zhì)的量之比為1：1，用x mol•L^-1HCl溶液滴定，消耗y mLHCl溶液，那么海水中碳酸氫鈉的濃度為c，海水體積均為zmL，依據(jù)題意有c×z=xy，解c=$\frac{xy}{z}$mol/L，故答案為：$\frac{xy}{z}$；
（4）①a室：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑，氫離子通過陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入b室，發(fā)生反應(yīng)：H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O，生成二氧化碳?xì)怏w，
故答案為：a室（陽(yáng)極區(qū)）發(fā)生如下反應(yīng)：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，H⁺通過陽(yáng)離子膜進(jìn)入b室，與其中的HCO₃^-發(fā)生反應(yīng)：H⁺+HCO₃^-═H₂O+CO₂↑，產(chǎn)生CO₂；
②c室：2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑，用c室排出的堿液將從b室排出的酸性海水調(diào)節(jié)至裝置入口海水的pH，至pH≈8，
故答案為：c室發(fā)生反應(yīng)：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，用其生成的產(chǎn)物堿溶液調(diào)節(jié)b室流出的酸性溶液的pH，至pH≈8．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查的是海水的綜合利用以及原電池和電解池的工作原理，充分理解所給信息是解決本題的關(guān)鍵，難度較大．