Question

20．飲用水中含有一定濃度的NO₃^-將對人類健康產生危害，NO₃^-能氧化人體血紅蛋白中的Fe（Ⅱ），使其失去攜氧功能．為了降低飲用水中NO₃^-的濃度，某興趣小組提出如下方案：

請回答下列問題：
（1）該方案中選用熟石灰調節pH時，若pH過大或過小都會造成Al的利用率降低．
（2）已知過濾后得到的濾渣是一種混合物，該混合物的主要成份是Al（OH）₃和Al（填化學式）．
（3）用H₂催化還原法也可降低飲用水中NO₃^-的濃度，已知反應中的還原產物和氧化產物均可參與大氣循環，則催化還原法的離子方程式為5H₂+2NO₃^-$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4H₂O+2OH^-或5H₂+2NO₃^-+2H⁺$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+6H₂O．
（4）飲用水中的NO₃^-主要來自于NH₄⁺．已知在微生物作用的條件下，NH₄⁺經過兩步反應被氧化成NO₃^-．兩步反應的能量變化示意圖如下：

試寫出1mol NH₄⁺ （aq）全部氧化成NO₃^-（aq）的熱化學方程式是NH₄⁺（aq）+2O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₃^-（aq）+H₂O（l）△H=-346kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 根據流程圖知，pH=10.25時，Al和NO₃^-發生氧化還原反應生成氮氣，固體b是Al，電解熔融固體a得到Al，則A是Al₂O₃，濾渣在空氣中煅燒得到Al₂O₃，則濾渣為Al（OH）₃，所以鋁粉和硝酸根離子在堿性條件下反應生成氮氣和Al（OH）₃，其反應方程式為10Al+6NO₃^-+18H₂O=10Al（OH）₃+3N₂↑+6OH^-；
（1）Al具有兩性，能和強酸、強堿溶液反應；
（2）根據以上分析知，濾渣中一種成分是氫氧化鋁，因為反應中鋁過量，所以濾渣中還含有Al；
（3）用H₂催化還原法也可降低飲用水中NO₃^-的濃度，反應中的還原產物和氧化產物均可參與大氣循環，則其產物是氮氣和水；
（4）由圖可知，第一步熱化學反應為NH₄⁺ （aq）+1.5O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₂^- （aq）+H₂O（l）△H=-273kJ•mol^-1①，
第二步熱化學反應為NO₂^- （aq）+0.5O₂（g）=NO₃^- （aq））△H=-73kJ•mol^-1②，
由蓋斯定律書寫1mol NH₄⁺（aq）全部氧化成NO₃^- （aq）的熱化學方程式．

解答 解：根據流程圖知，pH=10.25時，Al和NO₃^-發生氧化還原反應生成氮氣，固體b是Al，電解熔融固體a得到Al，則A是Al₂O₃，濾渣在空氣中煅燒得到Al₂O₃，則濾渣為Al（OH）₃，所以鋁粉和硝酸根離子在堿性條件下反應生成氮氣和Al（OH）₃，其反應方程式為10Al+6NO₃^-+18H₂O=10Al（OH）₃+3N₂↑+6OH^-；
（1）Al具有兩性，能和強酸、強堿溶液反應，所以該方案中選用熟石灰調節pH時，若pH過大或過小都會造成鋁的利用率降低，故答案為：Al；
（2）根據以上分析知，濾渣中一種成分是氫氧化鋁，因為反應中鋁過量，所以濾渣中還含有Al，所以濾渣成分為Al（OH）₃ 和Al，故答案為：Al（OH）₃ 和Al；
（3）用H₂催化還原法也可降低飲用水中NO₃^-的濃度，反應中的還原產物和氧化產物均可參與大氣循環，則其產物是氮氣和水，離子方程式為5H₂+2NO₃^-$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4H₂O+2OH^-或5H₂+2NO₃^-+2H⁺$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+6H₂O，故答案為：5H₂+2NO₃^-$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4H₂O+2OH^-或5H₂+2NO₃^-+2H⁺$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+6H₂O；
（4）由圖可知，第一步熱化學反應為NH₄⁺ （aq）+1.5O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₂^- （aq）+H₂O（l）△H=-273kJ•mol^-1①，
第二步熱化學反應為NO₂^- （aq）+0.5O₂（g）=NO₃^- （aq））△H=-73kJ•mol^-1②，
由蓋斯定律可知①+②得1mol NH₄⁺（aq）全部氧化成NO₃^- （aq）的熱化學方程式為NH₄⁺ （aq）+2O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₃^- （aq）+H₂O（l）△H=-346 kJ•mol^-1，
故答案為：NH₄⁺ （aq）+2O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₃^- （aq）+H₂O（l）△H=-346 kJ•mol^-1．

點評 本題以信息的形式考查氧化還原反應、離子反應及熱化學反應、物質分離和提純，注重對化學用語的考查，注意知識與題目信息的結合來解答，根據生成物采用逆向思維分析解答，題目難度中等．