Question

19．研究CO₂在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域．

（1）溶于海水的CO₂主要以4种无机碳形式存在，其中HCO₃^-占95%，写出CO₂溶于水产生HCO₃^-的方程式：CO₂+H₂O?H₂CO₃，H₂CO₃?H⁺+HCO₃^-或CO₂+H₂O?HCO₃^-+H⁺．
（2）在海洋循环中，通过如图1所示的途径固碳．
①写出钙化作用的离子方程式：2HCO₃^-+Ca²⁺=CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
②同位素示踪法证实光合作用释放出的O₂只来自于H₂O，用¹⁸O标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其补充完整：CO₂+H₂¹⁸O═（CH₂O）_x+x¹⁸O₂+xH₂O
（3）海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础，测量溶解无机碳可采用如下方法：
①气提、吸收CO₂，用N₂从酸化后的海水中吹出CO₂，并用碱液吸收（图2），将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂．
②滴定．将吸收液洗后的无机碳转化为NaHCO₃，再用xmol/LHCl溶液滴定，消耗ymlHCl溶液，海水中溶解无机碳的浓度=$\frac{x•y}{z}$mol/L．
（4）利用图3所示装置从海水中提取CO₂，有利于减少环境温室气体含量．
①结合方程式简述提取CO₂的原理：a室：2H₂O-4e=4H⁺+O₂↑，氢离子通过阳离子交换膜进入b室，发生反应：H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O．
②用该装置产生物质处理b室排出的海水，合格后排回大海．处理合格的方法是c室：2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑，用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调节至装置入口海水的pH．

Answer 1

分析 （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）①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光合作用是二氧化碳与水在太阳光作用下，在叶绿体中反应生成有机物、放出氧气的过程，氧气来源于水中的氧，据此解答；
（3）①由题意可知，需从酸化后的海水中吹出二氧化碳，那么需要滴加稀酸酸化，且装置中应从长管吹入氮气，从短管吹出二氧化碳，据此解答即可；
②依据原理NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O解答即可；
（4）a室接电源的正极，为阳极，水失去电子生成氧气和氢离子，氢离子通过阳离子交换膜进入b室，与b室中的碳酸氢根反应生成二氧化碳气体，据此解答即可；
②c室连接电源的负极，为阴极，水得到电子生成氢气和氢氧根，a室中产生氢离子，用c室排除的碱液将从b室排出的酸性海水调节即可，据此解答．

解答 解：（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+H₂O?H₂CO₃，H₂CO₃?H⁺+HCO₃^-，或CO₂+H₂O?HCO₃^-+H⁺，
故答案为：CO₂+H₂O?H₂CO₃，H₂CO₃?H⁺+HCO₃^-或CO₂+H₂O?HCO₃^-+H⁺；
（2）①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光合作用产生的氧气来源于水，即水中的氧原子采用示踪法标记为¹⁸O，依据元素守恒配平应需要CO₂和H₂18_O，故答案为：CO₂；H₂¹⁸O；
（3）①酸化海水，可以使用试剂：稀硫酸，利用分液漏斗滴加，长管进气，短管出气，故装置为：，
故答案为：；
②此反应原理为：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，即碳酸氢钠与盐酸的物质的量之比为1：1，那么海水中碳酸氢钠的浓度为c，体积均为mL，依据题意有c×z=xy，解c=$\frac{x•y}{z}$mol/L，故答案为：$\frac{x•y}{z}$；
（4）a室：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑，氢离子通过阳离子交换膜进入b室，发生反应：H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O，
故答案为：a室：2H₂O-4e=4H⁺+O₂↑，氢离子通过阳离子交换膜进入b室，发生反应：H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O；
②c室：2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑，用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调节至装置入口海水的pH，
故答案为：c室：2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑，用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调节至装置入口海水的pH；

点评 本题主要考查的是海水的综合利用以及原电池和电解池的工作原理，充分理解所给信息是解决本题的关键，难度较大．