题目内容

【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__________

【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)a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11,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+H2OH2CO3H2CO3H++HCO3-,溶于海水中的CO2主要以四种无机碳形式存在,即:CO2H2CO3HCO3-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)a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++O24OH--4e-= O2↑+2H2O,故答案为:2H2O-4e-=4H++O24OH--4e-= O2↑+2H2O

c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(pH6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15.526.5℃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·H2OKb=1.7×105H2CO3Ka1=4.3×107Ka2=5.6×1011可知碳酸氢根离子的水解程度(Kh==×103)大于铵根离子的水解程度(Kh==×109),溶液显碱性,pH7;烟气冷却至15.526.5℃,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+H2ONa2CO3 + HCl = NaHCO3 +NaClNaHCO3 + HCl=NaCl+H2OCO2,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11,二者水解,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+)

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