Question

16．水資源的利用、開發(fā)、保護直接關系到人類的生存和國民經(jīng)濟的發(fā)展．

Ⅰ．飲用水中含所有一定濃度的NO₃⁺將對人體健康產(chǎn)生危害，NO₃⁺能氧化人體血紅蛋白中的Fe（H），使其失去攜氧功能．
（1）飲用水中的NO₃⁺主要來自NO₄⁺．已知在微生物作用下，NO₄⁺經(jīng)過兩步反應被氧化成NO₃⁺．兩步反應的能量變化示意圖如圖1，試寫出1molNO₄⁺（ap）全部氧化成NO₃⁺（ap）的熱化學方程式NH₄⁺（aq）+2O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₃^-（aq）+H₂O（l）△H=-346kJ•mol^-1．
（2）用H₂催化還原法也可見底飲用水中NO₃⁺的濃度，已知反應中的還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物均可參與大氣循環(huán)，則催化還原法的離子方程式為5H₂+2NO₃^-$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4H₂O+2OH^-．
（3）現(xiàn)測得某地水質試樣中所含水溶性無機離子的化學組及其平均濃度如下表：根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算該試樣的pH=4

離子	K+	Na+	NH4+	SO42-	NO3-	Cl-
濃度（mol/L）	3×10-6	7×10-6	2×10-5	3×10-5	5×10-5	2×10-5

Ⅱ．海水淡化具有廣泛的應用前景，淡化前需對海水進行預處理．
（1）通常用明礬[K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•24H₂O]作混凝劑，降低濁度．明礬水解的離子方程式是Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（膠體）+3H⁺．
（2）對海水進行消毒和滅藻處理時常用如圖2所示NaClO的發(fā)生裝置．
①裝置中由NaCl轉化為NaClO的化學方程式為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑、2NaOH+Cl₂=NaClO+NaCl+H₂O．
②海水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-等雜質離子，處理過程中裝置的陰極易產(chǎn)生水垢，其主要成分是Mg（OH）₂和CaCO₃．生成CaCO₃的離子方程式是Ca²⁺+HCO₃^-+OH^-=CaCO₃↓+H₂O．
③若每隔5-10min倒換一次電極電性，可有效地解決陰極的結垢問題．試用電極反應式并結合必要的文字進行解釋陰極結垢后倒換電極電性，陰極變?yōu)殛枠O，其電極反應為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，產(chǎn)生的氯氣與水發(fā)生反應：Cl₂+H₂O=HCl+HClO，使該電極附近溶液呈酸性，從而將Mg（OH）₂和CaCO₃溶解而達到除垢的目的．

Answer 1

分析 I．（1）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^-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；
（2）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(chǎn)物和氧化產(chǎn)物均可參與大氣循環(huán)，則產(chǎn)物為水和氮氣；
（3）只有NH₄⁺水解顯酸性，結合電荷守恒計算c（H⁺），可知pH；
Ⅱ．（1）明礬中含有鋁離子，鋁離子在水中水解生成氫氧化鋁膠體，膠體具有吸附性而凈水；
（2）①電解飽和氯化鈉溶液反應生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣，氯氣和氫氧化鈉溶液反應生成氯化鈉、次氯酸鈉和水；
②陰極生成氫氣，水的電離被破壞電極附近生成氫氧化鈉，氫氧化鈉和碳酸氫鈣，碳酸氫鎂反應生成氫氧化鎂、碳酸鈣沉淀；
③陰極結垢后倒換電極電性，陰極變?yōu)殛枠O，其電極反應為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，產(chǎn)生的氯氣與水發(fā)生反應：Cl₂+H₂O=HCl+HClO，酸溶解沉淀．

解答 解：I．（1）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；
（2）H₂催化還原飲用水中NO₃^-，反應中的還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物均可參與大氣循環(huán)，則產(chǎn)物為水和氮氣，該反應為5H₂+2NO₃^-$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4H₂O+2OH^-，
故答案為：5H₂+2NO₃^-$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4H₂O+2OH^-；
（3）只有NH₄⁺水解顯酸性，由電荷守恒可知，c（H⁺）=（3×10^-5）×2+（5×10^-5）+（2×10^-5）-（3×10^-6+7×10^-6+2×10^-5）=1×10^-4，則pH=4，故答案為：4；
Ⅱ．（1）明礬中含有鋁離子，鋁離子在水中水解生成氫氧化鋁膠體，膠體具有吸附性而凈水，水解方程式為Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（膠體）+3H⁺；
故答案為：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（膠體）+3H⁺；
（2）①裝置中由NaCl轉化為NaClO的化學方程式是2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑、2NaOH+Cl₂=NaClO+NaCl+H₂O，
故答案為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑、2NaOH+Cl₂=NaClO+NaCl+H₂O；
②陰極生成氫氣，電極附近水的電離被破壞，電極附近生成氫氧化鈉，氫氧化鈉和碳酸氫鈣，碳酸氫鎂反應生成氫氧化鎂、碳酸鈣沉淀，氫氧化鈉和碳酸氫鈣反應生成CaCO₃的沉淀產(chǎn)生水垢，生成碳酸鈣沉淀的反應離子方程式是Ca²⁺+HCO₃^-+OH^-=CaCO₃↓+H₂O，
故答案為：Ca²⁺+HCO₃^-+OH^-=CaCO₃↓+H₂O；
③由電解原理可知，陰極結垢后倒換電極電性，陰極變?yōu)殛枠O，其電極反應為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，產(chǎn)生的氯氣與水發(fā)生反應：Cl₂+H₂O=HCl+HClO，使該電極附近溶液呈酸性，從而將Mg（OH）₂和CaCO₃溶解而達到除垢的目的，
故答案為：陰極結垢后倒換電極電性，陰極變?yōu)殛枠O，其電極反應為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，產(chǎn)生的氯氣與水發(fā)生反應：Cl₂+H₂O=HCl+HClO，使該電極附近溶液呈酸性，從而將Mg（OH）₂和CaCO₃溶解而達到除垢的目的．

點評 本題考查較綜合，涉及海水資源的利用、電解原理、反應熱計算、鹽類水解等，綜合性較強，注重高頻考點的考查，把握反應原理為解答的關鍵，題目難度中等．