Question

20．研究CO₂在海洋中的轉移和歸宿，是當今海洋科學研究的前沿領域．已知CO₂溶于海水主要以4種無機碳形式存在，其中HCO₃^-占95%，請按要求回答：
（1）CO₂溶于水轉化為HCO₃^-的方程式為：CO₂+H₂O?H₂CO₃，H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，對于此過程能說明已經達到平衡狀態(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）海水中溶解無機碳占海水總碳的95%以上，其準確測量是研究海洋碳循環(huán)的基礎，測量溶解無機碳，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入被氫氧化鈉溶液吸收．
②滴定．若Z mL海水中的無機碳恰好使NaOH吸收液完全轉化為200mL的NaHCO₃溶液，再用ymol/L的標準鹽酸溶液滴定，有關數據記錄如表：

測定序號	NaHCO3溶液的體積/mL	鹽酸標準液滴定管中的讀數/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

根據相關數據，計算海水中溶解的無機碳的濃度$\frac{200y}{Z}$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入b室，發(fā)生反應：H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O．

Answer 1

分析 （1）可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各組分的濃度不再變化，據此進行判斷；
（2）由圖可知：此過程碳酸氫根轉化生成碳酸鈣，據此書寫方程式；
（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)生反應為NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，碳酸氫鈉與HCl的物質的量相等，先計算出消耗鹽酸的體積，排除無效數據后計算出消耗鹽酸的平均體積，再根據n=cV計算出HCl的物質的量，從而可知碳酸氫鈉的物質的量，最后根據碳元素守恒及c=$\frac{n}{V}$計算海水中溶解的無機碳的濃度；
（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入b室，與b室中的碳酸氫根反應生成二氧化碳氣體，據此解答即可．

解答 解：（1）A．根據質量守恒可知混合體系中的碳總量始終保持不變，無法據此判斷平衡狀態(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，已經達到平衡狀態(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，表明正逆反應速率相等，各組分濃度不再變化，已經達到平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：BD；
（2）反應物中含有碳酸氫根，生成物為碳酸鈣，依據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根據圖示可知，空氣中二氧化碳能夠與氫氧化鈉溶液反應，干擾了檢驗結果，為了防止空氣中的二氧化碳進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，為無效數據，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的物質的量為：ymol/L×0.02L=0.02ymol，
根據反應原理NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O可知，20.00mLNaHCO₃溶液中含有碳酸氫鈉的物質的量為：n（NaHCO₃）=n（HCl）=0.02ymol，200mL的NaHCO₃溶液中含有碳酸氫鈉的物質的量為：0.02ymol×$\frac{200mL}{20mL}$=0.2ymol，
根據C元素守恒可知Z mL海水中的無機碳的物質的量為0.2ymol，
所以海水中溶解的無機碳的濃度為：$\frac{0.2ymol}{Z×1{0}^{-3}L}$=$\frac{200y}{Z}$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，發(fā)生反應為：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑，氫離子通過陽離子交換膜進入b室，發(fā)生反應為：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入b室，發(fā)生反應：H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O．

點評 本題考查較為綜合，涉及中和滴定、化學平衡狀態(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鍵，注意掌握電解原理，試題培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及靈活應用能力．