Question

20．飲用水中含有一定濃度的NO₃^-將對人類健康產(chǎn)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(diào)節(jié)pH時(shí)，若pH過大或過小都會(huì)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(xué)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(yīng)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^-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(jīng)過兩步反應(yīng)被氧化成NO₃^-．兩步反應(yīng)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(xué)方程式是NH₄⁺（aq）+2O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₃^-（aq）+H₂O（l）△H=-346kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 根據(jù)流程圖知，pH=10.25時(shí)，Al和NO₃^-發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氮?dú)猓�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(yīng)生成氮?dú)夂虯l（OH）₃，其反應(yīng)方程式為10Al+6NO₃^-+18H₂O=10Al（OH）₃+3N₂↑+6OH^-；
（1）Al具有兩性，能和強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液反應(yīng)；
（2）根據(jù)以上分析知，濾渣中一種成分是氫氧化鋁，因?yàn)榉磻?yīng)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(yīng)中的還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物均可參與大氣循環(huán)，則其產(chǎn)物是氮?dú)夂退��?br />（4）由圖可知，第一步熱化學(xué)反應(yīng)為NH₄⁺ （aq）+1.5O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₂^- （aq）+H₂O（l）△H=-273kJ•mol^-1①，
第二步熱化學(xué)反應(yīng)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(xué)方程式．

解答 解：根據(jù)流程圖知，pH=10.25時(shí)，Al和NO₃^-發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氮?dú)猓�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(yīng)生成氮?dú)夂虯l（OH）₃，其反應(yīng)方程式為10Al+6NO₃^-+18H₂O=10Al（OH）₃+3N₂↑+6OH^-；
（1）Al具有兩性，能和強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，所以該方案中選用熟石灰調(diào)節(jié)pH時(shí)，若pH過大或過小都會(huì)造成鋁的利用率降低，故答案為：Al；
（2）根據(jù)以上分析知，濾渣中一種成分是氫氧化鋁，因?yàn)榉磻?yīng)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(yīng)中的還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物均可參與大氣循環(huán)，則其產(chǎn)物是氮?dú)夂退�，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(xué)反應(yīng)為NH₄⁺ （aq）+1.5O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₂^- （aq）+H₂O（l）△H=-273kJ•mol^-1①，
第二步熱化學(xué)反應(yīng)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(xué)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(diǎn)評 本題以信息的形式考查氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)及熱化學(xué)反應(yīng)、物質(zhì)分離和提純，注重對化學(xué)用語的考查，注意知識(shí)與題目信息的結(jié)合來解答，根據(jù)生成物采用逆向思維分析解答，題目難度中等．