Question

12．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．
（1）溶于海水的CO₂主要以4種無機碳形式存在，其中HCO${\;}_{3}^{-}$占95%．寫出CO₂溶于水產(chǎn)生HCO${\;}_{3}^{-}$的方程式：CO₂+H₂O?H₂CO₃，H₂CO₃?H⁺+HCO₃^-．
（2）在海洋碳循環(huán)中，通過如圖所示的途徑固碳．

①寫出鈣化作用的離子方程式：2HCO₃^-+Ca²⁺=CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
②同位素示蹤法證實光合作用釋放出的O₂只來自于H₂O．用¹⁸O標記物質的光合作用的化學方程式如下，將其補充完整：CO₂+H₂¹⁸O$\frac{\underline{\;\;\;光能\;\;\;}}{葉綠體}$（CH₂O）_x+x¹⁸O₂+xH₂O
（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）．將虛線框中的裝置補充完整并標出所用試劑．

②滴定．將吸收液吸收的無機碳轉化為NaHCO₃，再用x mol•L^-1 HCl溶液滴定，消耗y mL HCl溶液．海水中溶解無機碳的濃度=$\frac{x•y}{2}$ mol•L^-1．
（4）利用如圖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．
②用該裝置產(chǎn)生的物質處理b室排出的海水，合格后排回大海．處理至合格的方法是c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．

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：此過程碳酸氫根轉化生成碳酸鈣，據(jù)此書寫方程式；
②光合作用是二氧化碳與水在太陽光作用下，在葉綠體中反應生成有機物、放出氧氣的過程，氧氣來源于水中的氧，據(jù)此解答；
（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，且裝置中應從長管吹入氮氣，從短管吹出二氧化碳，據(jù)此解答即可；
②依據(jù)原理NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O解答即可；
（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(jù)此解答即可；
②c室連接電源的負極，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，有關方程式為：CO₂+H₂O?H₂CO₃，H₂CO₃?H⁺+HCO₃^-，
故答案為：CO₂+H₂O?H₂CO₃，H₂CO₃?H⁺+HCO₃^-；
（2）①反應物中含有碳酸氫根，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記為18_O，依據(jù)元素守恒配平應需要CO₂和H₂¹⁸O，故答案為：CO₂；H₂¹⁸O；
（3）①酸化海水，可以使用試劑：稀硫酸，利用分液漏斗滴加，長管進氣，短管出氣，故裝置為：，
故答案為：；
②此反應原理為：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，即碳酸氫鈉與鹽酸的物質的量之比為1：1，那么海水中碳酸氫鈉的濃度為c，體積均為mL，依據(jù)題意有c×z=xy，解c=$\frac{x•y}{2}$，故答案為：$\frac{x•y}{2}$；
（4）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，
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；
②用該裝置產(chǎn)生的物質處理b室排出的海水，合格后排回大海．處理至合格的方法是，c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，
故答案為：c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．

點評 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鍵，題目難度較大．