Question

【題目】基于新材料及3D打印技術，科學家研制出一種微膠囊吸收劑能將工廠排放的CO2以更加安全、廉價和高效的方式處理掉，球形微膠囊內部充入Na2CO3溶液，其原理如圖所示。

(1)這種微膠囊吸收CO2的原理是________（用離子方程式解釋），此過程是____（填“吸收”或“放出”）能量的過程。

(2)在吸收過程中關于膠囊內溶液下列說法正確的是_____________。

a. 吸收前溶液中c（Na＋）>c（CO32－）>c（HCO3－）>c（OH－）>c（H＋）

b. 吸收過程中，體系中的含碳微粒只有CO32－、HCO3－、H2CO3

c. 當n（CO2）：n（Na2CO3）＝1：3時，溶液中c（CO32－）<c（HCO3－）

d. 溶液中始終有c（Na＋）＋c（H＋）＝2c（CO32－）＋c（HCO3－）＋c（OH－）

(3)下表為元素周期表的一部分,請將Na、C元素填在表中對應的位置上______________。

(4)生活中，經常用熱的碳酸鈉溶液清洗油污，結合化學用語，用必要的文字說明原因______________________。

(5)太陽能熱電化學（STEP）生產水泥法可使二氧化碳排放量完全為零。基本原理如下圖所示。利用熔融的碳酸鈉為電解質，碳酸鈣先分解成為CaO和CO2。最后得到石灰（CaO）、碳和氧氣。

石墨電極上的電極反應式是_________。

Answer 1

【答案】CO2＋H2O＋CO32－＝2HCO3－ 放出 cd CO32— +H2OHCO3—+OH—,水解吸熱，加熱可使平衡正移，c(OH—)增大，堿性增強，油脂更易水解 3CO2+4e-═C+2CO32-

【解析】

(1)根據CO2與碳酸鈉溶液反應分析；

(2)根據鹽類水解反應原理結合物料守恒和電荷守恒關系判斷；

(3)根據Na、C元素的原子結構分析在元素周期表中的位置；

(4)加熱促進碳酸鈉溶液的水解，堿性增強，去污能力增強；

(5)該電解池中石墨陰極發生還原反應，據此解答。

(1) CO2被碳酸鈉溶液吸收發生的反應為Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，離子方程式為CO2＋H2O＋CO32－＝2HCO3－；由圖可知，解吸過程為吸熱過程，則吸收CO2過程為放出能量過程，

因此，本題正確答案為：CO2＋H2O＋CO32－＝2HCO3－；放出；

(2) a. 吸收前溶液為Na2CO3溶液，由于水解CO32-+H2OHCO3-+OH-，溶液呈堿性，離子濃度大小順序為c（Na＋）>c（CO32－）>c（OH－）>c（HCO3－）>c（H＋），故a錯誤；

b. 吸收過程中生成NaHCO3，體系中的含碳微粒有CO32－、HCO3－、H2CO3以及溶解的CO2分子，故b錯誤；

c. 當n（CO2）：n（Na2CO3）＝1：3時，由反應式CO2＋H2O＋CO32－＝2HCO3－可知，吸收1mol CO2要消耗1mol CO32－，同時生成2mol HCO3－，剩余2mol CO32－，溶液中生成的HCO3－與未反應的CO32－物質的量相等，但由于CO32－水解程度大于HCO3－，故c（CO32－）<c（HCO3－），故c正確；

d. 根據電荷守恒，溶液中始終有c（Na＋）＋c（H＋）＝2c（CO32－）＋c（HCO3－）＋c（OH－），故d正確；

因此，本題正確答案為：cd；

(3)Na元素位于元素周期表第3周期第IA族，C元素位于元素周期表第2周期第IVA族，

因此，本題正確答案為：；

(4) 生活中經常用熱的碳酸鈉溶液清洗油污，原因是碳酸鈉在溶液中水解，使溶液呈堿性，水解反應是吸熱反應，加熱促進水解平衡正向移動，溶液中c(OH－)增大，堿性強，油脂更易水解。

因此，本題正確答案為：CO32— +H2OHCO3—+OH—，水解吸熱，加熱可使平衡正移，c(OH—)增大，堿性增強，油脂更易水解；

(5) 由示意圖可知，陽極上CO32—放電生成氧氣，石墨陰極上二氧化碳得到電子生成C單質和碳酸根離子，電極反應式是3CO2+4e—===C+2CO32—。

因此，本題正確答案為：3CO2+4e—===C+2CO32—。