Question

【题目】基于新材料及3D打印技术，科学家研制出一种微胶囊吸收剂能将工厂排放的CO2以更加安全、廉价和高效的方式处理掉，球形微胶囊内部充入Na2CO3溶液，其原理如图所示。

(1)这种微胶囊吸收CO2的原理是________（用离子方程式解释），此过程是____（填“吸收”或“放出”）能量的过程。

(2)在吸收过程中关于胶囊内溶液下列说法正确的是_____________。

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

b. 吸收过程中，体系中的含碳微粒只有CO32－、HCO3－、H2CO3

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

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

(3)下表为元素周期表的一部分,请将Na、C元素填在表中对应的位置上______________。

(4)生活中，经常用热的碳酸钠溶液清洗油污，结合化学用语，用必要的文字说明原因______________________。

(5)太阳能热电化学（STEP）生产水泥法可使二氧化碳排放量完全为零。基本原理如下图所示。利用熔融的碳酸钠为电解质，碳酸钙先分解成为CaO和CO2。最后得到石灰（CaO）、碳和氧气。

石墨电极上的电极反应式是_________。

Answer 1

【答案】CO2＋H2O＋CO32－＝2HCO3－ 放出 cd CO32— +H2OHCO3—+OH—,水解吸热，加热可使平衡正移，c(OH—)增大，碱性增强，油脂更易水解 3CO2+4e-═C+2CO32-

【解析】

(1)根据CO2与碳酸钠溶液反应分析；

(2)根据盐类水解反应原理结合物料守恒和电荷守恒关系判断；

(3)根据Na、C元素的原子结构分析在元素周期表中的位置；

(4)加热促进碳酸钠溶液的水解，碱性增强，去污能力增强；

(5)该电解池中石墨阴极发生还原反应，据此解答。

(1) CO2被碳酸钠溶液吸收发生的反应为Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，离子方程式为CO2＋H2O＋CO32－＝2HCO3－；由图可知，解吸过程为吸热过程，则吸收CO2过程为放出能量过程，

因此，本题正确答案为：CO2＋H2O＋CO32－＝2HCO3－；放出；

(2) a. 吸收前溶液为Na2CO3溶液，由于水解CO32-+H2OHCO3-+OH-，溶液呈碱性，离子浓度大小顺序为c（Na＋）>c（CO32－）>c（OH－）>c（HCO3－）>c（H＋），故a错误；

b. 吸收过程中生成NaHCO3，体系中的含碳微粒有CO32－、HCO3－、H2CO3以及溶解的CO2分子，故b错误；

c. 当n（CO2）：n（Na2CO3）＝1：3时，由反应式CO2＋H2O＋CO32－＝2HCO3－可知，吸收1mol CO2要消耗1mol CO32－，同时生成2mol HCO3－，剩余2mol CO32－，溶液中生成的HCO3－与未反应的CO32－物质的量相等，但由于CO32－水解程度大于HCO3－，故c（CO32－）<c（HCO3－），故c正确；

d. 根据电荷守恒，溶液中始终有c（Na＋）＋c（H＋）＝2c（CO32－）＋c（HCO3－）＋c（OH－），故d正确；

因此，本题正确答案为：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，本题正确答案为：；

(4) 生活中经常用热的碳酸钠溶液清洗油污，原因是碳酸钠在溶液中水解，使溶液呈碱性，水解反应是吸热反应，加热促进水解平衡正向移动，溶液中c(OH－)增大，碱性强，油脂更易水解。

因此，本题正确答案为：CO32— +H2OHCO3—+OH—，水解吸热，加热可使平衡正移，c(OH—)增大，碱性增强，油脂更易水解；

(5) 由示意图可知，阳极上CO32—放电生成氧气，石墨阴极上二氧化碳得到电子生成C单质和碳酸根离子，电极反应式是3CO2+4e—===C+2CO32—。

因此，本题正确答案为：3CO2+4e—===C+2CO32—。