Question

20．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．已知CO₂溶于海水主要以4种无机碳形式存在，其中HCO₃^-占95%，请按要求回答：
（1）CO₂溶于水转化为HCO₃^-的方程式为：CO₂+H₂O?H₂CO₃，H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，对于此过程能说明已经达到平衡状态的是BD

A．混合体系中的碳总量保持不变     B．混合液的pH保持不变
C．HCO₃^-与H₂CO₃的浓度相等        D．HCO₃^-的百分含量保持不变
（2）在海洋循环中，通过如图1所示的途径固碳．写出钙化作用的离子方程式：2HCO₃^-+Ca²⁺=CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
（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（装置示意图如图2），该装置中干燥管的作用是防止空气中的二氧化碳进入被氢氧化钠溶液吸收．
②滴定．若Z mL海水中的无机碳恰好使NaOH吸收液完全转化为200mL的NaHCO₃溶液，再用ymol/L的标准盐酸溶液滴定，有关数据记录如表：

测定序号	NaHCO3溶液的体积/mL	盐酸标准液滴定管中的读数/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

根据相关数据，计算海水中溶解的无机碳的浓度$\frac{200y}{Z}$mol/L
（4）利用如图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，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．

Answer 1

分析 （1）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各组分的浓度不再变化，据此进行判断；
（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；
（3）①氢氧化钠溶液用于吸收二氧化碳，为了排除空气中二氧化碳的干扰，需要用盛有碱石灰的干燥管；
②发生反应为NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，碳酸氢钠与HCl的物质的量相等，先计算出消耗盐酸的体积，排除无效数据后计算出消耗盐酸的平均体积，再根据n=cV计算出HCl的物质的量，从而可知碳酸氢钠的物质的量，最后根据碳元素守恒及c=$\frac{n}{V}$计算海水中溶解的无机碳的浓度；
（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．

解答 解：（1）A．根据质量守恒可知混合体系中的碳总量始终保持不变，无法据此判断平衡状态，故A错误；
B．混合液的pH保持不变，表明各组分的浓度不再变化，已经达到平衡状态，故B正确；
C．HCO₃^-与H₂CO₃的浓度相等，无法判断二者浓度是否不变，则无法判断是否达到平衡状态，故C错误；        
D．HCO₃^-的百分含量保持不变，表明正逆反应速率相等，各组分浓度不再变化，已经达到平衡状态，故D正确；
故答案为：BD；
（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；
（3）①根据图示可知，空气中二氧化碳能够与氢氧化钠溶液反应，干扰了检验结果，为了防止空气中的二氧化碳进入被氢氧化钠溶液吸收，需要用盛有碱石灰的干燥管，
故答案为：防止空气中的二氧化碳进入被氢氧化钠溶液吸收；
②第一次滴定消耗盐酸体积为：21.52mL-1.50mL=20.02mL，
第二次滴定消耗盐酸体积为：25.62mL-1.80mL=23.82mL（舍弃），
第三次滴定消耗盐酸体积为：20.18mL-0.20mL=19.98mL，
第二次滴定误差较大，为无效数据，则其它两次滴定消耗盐酸评价体积为：$\frac{20.02mL+19.98mL}{2}$=20.00mL，每次滴定消耗HCl的物质的量为：ymol/L×0.02L=0.02ymol，
根据反应原理NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O可知，20.00mLNaHCO₃溶液中含有碳酸氢钠的物质的量为：n（NaHCO₃）=n（HCl）=0.02ymol，200mL的NaHCO₃溶液中含有碳酸氢钠的物质的量为：0.02ymol×$\frac{200mL}{20mL}$=0.2ymol，
根据C元素守恒可知Z mL海水中的无机碳的物质的量为0.2ymol，
所以海水中溶解的无机碳的浓度为：$\frac{0.2ymol}{Z×1{0}^{-3}L}$=$\frac{200y}{Z}$mol/L，
故答案为：$\frac{200y}{Z}$；
（4）提取CO₂的原理为：a室连接电源正极，为电解池的阳极，b室为阴极，阳极发生氧化反应，发生反应为：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑，氢离子通过阳离子交换膜进入b室，发生反应为：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．

点评 本题考查较为综合，涉及中和滴定、化学平衡状态判断、电解原理、离子方程式书写等知识，明确中和滴定原理为解答关键，注意掌握电解原理，试题培养了学生的分析、理解能力及灵活应用能力．