Question

（12分）當今水體的污染成為人們關注的焦點。利用化學原理可以對工廠排放的廢水進行有效檢測與合理處理。
（1）廢水中的N、P元素是造成水體富營養化的關鍵因素，農藥廠排放的廢水中常含有較多的NH₄⁺和PO₄^3－，一般可以通過以下兩種方法將其除去。
①方法一：將Ca(OH)₂或CaO 投加到待處理的廢水中，生成磷酸鈣，從而進行回收。已知常溫下K_sp[Ca₃(PO₄)₂]＝2.0×10^－33，當處理后的廢水中c(Ca²⁺)＝2.0×10^－7 mol·L^－1時，溶液中c(PO₄^3－)＝     mol·L^－1。
②方法二：在廢水中加入鎂礦工業廢水，就可以生成高品位的磷礦石——鳥糞石，反應的方程式為Mg²⁺＋NH₄⁺＋PO₄^3－＝MgNH₄PO₄↓。該方法中需要控制污水的pH為7.5～10.0，若pH高于10.7，鳥糞石的產量會大大降低。其原因可能為           ；與方法一相比，方法二的優點為                    。
（2）染料工業排放的廢水中含有大量有毒的NO₂^－，可在堿性條件下加入鋁粉除去，加熱處理后的廢水會產生能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍的氣體。現有1.0t含氮質量分數為0.035％的NO₂^－廢水，用此法完全處理后生成的AlO₂^－的物質的量為      。
（3）工業上也會利用鋁粉除去含氮廢水中的NO₃^－。現在處理100m³濃度為2.0×10^－4 mol·L^－1的NaNO₃溶液，加入一定量的2 mol·L^－1的NaOH溶液和鋁粉，控制溶液pH在10.7左右，加熱，使產生的氣體全部逸出，當NaNO₃反應掉一半時，測得氮氣和氨氣的體積比為4∶1，求此過程中消耗鋁的質量。（寫出計算過程，無過程以0分計算）
                                          

Answer 1

（1）①5.0×10^－7                                                           （2分）
②當pH高于10.7時，溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺會與OH^－反應，平衡向逆反應方向移動；（2分）能同時除去廢水中的氮，充分利用了鎂礦工業廢水                      （2分）
（2）50 mol（根據2Al + NO₂^―+OH^―+ 2H₂O＝2AlO₂^―+ NH₃·H₂O計算，訓練單位換算）
（2分）
（3）參加反應的n(NaNO₃)＝100m³×10³ L·m^－3×2.0×10^－4 mol·L^－1×1/2＝10mol  （4分）
[方法1] 根據方程式：16Al + 9NO₃^―+7OH^―＝16AlO₂^―+ 4N₂↑+ NH₃↑+ 2H₂O    
16     9
n(Al)  10mol   
n(Al) ＝160/9mol                     
[方法2] 根據氮原子守恒，還原產物氮氣和氨氣中的氮原子之比為8∶1，即可得：
生成的n(N₂)＝(10mol×8/9)/2＝40/9mol；n(NH₃)＝10mol×1/9＝10/9mol      
根據電子轉移守恒，可得：
40/9mol×10＋10/9mol×8＝n(Al)×3；n(Al)＝160/9mol                   
此過程中消耗m(Al)＝160/9mol×27 g·mol^－1＝480g       
[其他合理解答也給分]

解析