Question

13．含氮廢水進入水體中對環境造成的污染越來越嚴重．某校環保小組的同學認為可以用金屬鋁將水中的NO${O}_{3}^{-}$還原成N₂，從而消除氮污染．
（1）配平以下有關的離子反應方程式：
□NO${\;}_{3}^{-}$+□Al+□H₂O-→□N₂↑+□Al（OH）₃+□OH^-
（2）以上反應中失電子的物質是Al，每生成1mol還原產物，將有10mol電子發生轉移．
（3）現需除去1m³含氮0.3mol的廢水中的NO${\;}_{3}^{-}$（設氮元素都以NO${\;}_{3}^{-}$的形式存在），則至少需要消耗金屬鋁的物質的量為0.5mol
（4）該小組對某無色溶液所含離子進行分析，若溶液中只含有下列8種離子中的某幾種：Na⁺、H⁺、Mg²⁺、Ag⁺、Cl^-、OH^-、HCO₃^-、NO₃^-．已知該溶液可與Al₂O₃反應則：
①該溶液與Al₂O₃反應后有Al³⁺生成，則原溶液中一定含有H⁺，一定不會含有大量的OH^-、HCO₃^-．
②該溶液與Al₂O₃反應后有AlO₂^-生成，則原溶液中一定含有OH^-、Na⁺，可能含有大量的Cl^-、NO₃^-．
③寫出該溶液與Al₂O₃反應生成AlO₂^-的離子方程式：Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據電子守恒和原子守恒來配平化學方程式；
（2）氧化還原反應中，化合價升高元素失去電子，化合價降低元素對應的產物是還原產物，根據化學方程式來計算反應轉移電子的量；
（3）根據化學方程式中硝酸根離子和金屬鋁之間的關系來計算回答；
（4）①溶液與Al₂O₃反應后有Al³⁺生成，說明該溶液顯酸性，與氫離子能反應的離子不能大量共存；
②該溶液與Al₂O₃反應后有AlO₂^-生成說明該溶液顯堿性，不與氫氧根離子反應的離子可大量共存；
③堿與氧化鋁反應生成偏鋁酸根離子和水．

解答 解：（1）氯元素化合價共升高了3價，兩氮元素化合價共降低了10價，根據得失電子守恒，則需要轉移電子30mol，所以金屬鋁的前面系數是10，硝酸根前面系數是6，氮氣前面系數是3，根據原子守恒配平氫原子和氧原子即可，即
6NO₃^-+10Al+18H₂O═3N₂↑+10Al（OH）₃+6OH^-，故答案為：6、10、18、3、10、6；
（2）氧化還原反應中，化合價升高元素Al失去電子，化合價降低的N元素對應的產物氮氣是還原產物，根據化學方程式可以知道，生成3mol的氮氣轉移電子是30mol，當生成1mol氮氣時，轉移電子是10mol，
故答案為：Al；10mol；
（3）因為含氮0.3mol的廢水中的NO₃^-的物質的量為0.3mol，根據化學方程式，0.3mol的硝酸根離子消耗金屬鋁的物質的量為0.5mol，
故答案為：0.5 mol；
（4）①溶液與Al₂O₃反應后有Al³⁺生成，說明該溶液顯酸性，一定含有H⁺；OH^-、HCO₃^-一定不會大量存在，
故答案為：H⁺；OH^-、HCO₃^-；
②該溶液與Al₂O₃反應后有AlO₂^-生成說明該溶液顯堿性，H⁺、Mg²⁺、Ag⁺與OH^-不能大量共存，必定含有一種陽離子：Na⁺，故溶液中一定含有OH^-、Na⁺，可能含有Cl^-、NO₃^-，
故答案為：OH^-、Na⁺；Cl^-、NO₃^-；
③堿與氧化鋁反應生成偏鋁酸根離子和水，該離子反應為Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O，
故答案為：Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O．

點評 本題考查了氧化還原反應、離子的共存，為高考常見題型，注重信息的抽取和氧化還原反應的考查，對學生思維嚴密性有較好的訓練，具有堅實的基礎知識即可解答，注意氧化鋁的兩性，題目難度中等．