Question

（12分）飲用水中含有一定濃度的NO₃^一將對人類健康產生危害，NO₃^一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NO₃^一的濃度，某興趣小組提出如下方案：

請回答下列問題：
⑴已知過濾后得到的濾渣是一種混合物，則在溶液中鋁粉和NO₃^一反應的離子方程式為
__________________________________________。
⑵該方案中選用熟石灰調節pH，理由是_______________________、__________________，在調節pH時，若pH過大或過小都會造成    的利用率降低。
⑶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____________________________________。
⑷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1 mol NH₄^＋ (aq)全部氧化成NO₃^－  (aq)的熱化學方程式是                        。

Answer 1

（12分）
⑴10Al+6NO₃^-+18H₂O10Al(OH)₃+3N₂↑+6OH^-（3分）
⑵引入的Ca²⁺對人體無害（1分）來源豐富、價格便宜（1分） 鋁（1分）
⑶5H₂+2NO₃^-N₂+4H₂O+2OH^-（3分）
⑷NH₄^＋  (aq)＋2O₂(g)2H^＋(aq)＋NO₃^－  (aq)＋H₂O(l) △H=－346 kJ·mol^－1（3分）

解析考點：氧化還原反應；物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用．
分析：（1）鋁粉與硝酸根離子發生氧化還原反應生成固體，則固體為氫氧化鋁，則硝酸被還原為氮氣；
（2）選用熟石灰調節pH，原料來源豐富，價格便宜，且引人離子對人體無害，注意pH過大或過小，都將直接發生Al與酸或堿的反應；
（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，則產物為水和氮氣；
（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="-2736" kJ?mol^-1，第二步熱化學反應為NO₂^-（aq）+0.5O₂（g）=NO₃^-（aq））△H=-73kJ?mol^-1，利用蓋斯定律可計算1mol NH₄⁺（aq）全部氧化成NO₃^-（aq）的熱化學方程式．
解：（1）鋁粉與硝酸根離子發生氧化還原反應生成固體，則固體為氫氧化鋁，則硝酸被還原為氮氣，則在溶液中鋁粉和NO₃^-反應的離子方程式為10Al+6NO₃^-+18H₂O=10Al（OH）₃+3N₂↑+6OH^-，
故答案為：10Al+6NO₃^-+18H₂O=10Al（OH）₃+3N₂↑+6OH^-；
（2）選用熟石灰調節pH，原料來源豐富，價格便宜，且引人離子對人體無害，注意pH過大或過小，都將直接發生Al與酸或堿的反應，否則會造成Al的大量消耗，
故答案為：來源豐富、價格便宜；引入的Ca²⁺對人體無害；鋁；
（3）H₂催化還原飲用水中NO₃^-，反應中的還原產物和氧化產物均可參與大氣循環，則產物為水和氮氣，該反應為5H₂+2NO₃^-N₂+4H₂O+2OH^-，
故答案為：5H₂+2NO₃^-N₂+4H₂O+2OH^-；
（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="-2736" kJ?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．