Question

含氮廢水進(jìn)入水體而對(duì)環(huán)境造成的污染越來越嚴(yán)重，某課外興趣小組先測(cè)定某廢水中含NO₃^-為3×10^-4mol/L，而后用鋁將NO₃^-還原為N₂，從而消除污染．
（1）配平下列有關(guān)反應(yīng)的離子方程式：
______NO₃^-+______Al+______H₂O→______N₂↑+______Al（OH）₃↓+______OH^-
（2）上述反應(yīng)中，還原劑是______，被還原的元素是______；每生成2molN₂，將有______mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移．
（3）有人認(rèn)為金屬鎂比鋁能更快消除氮的污染，其反應(yīng)原理和金屬鋁相同．
試寫出鎂和含氮廢水反應(yīng)的離子方程式：______．
（4）如將CO₂與H₂以1：4的體積比混合可制得CH₄．已知：
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3KJ/mol
H₂（g）+O₂（g）=H₂O（l）△H₂=-285.8KJ/mol
寫出CO₂（g）與H₂（g）反應(yīng)生成CH₄（g）與液態(tài)水的熱化學(xué)方程式______．

Answer 1

解：（1）反應(yīng)中，N元素化合價(jià)由NO₃^-中+5價(jià)降低為N₂中0價(jià)，共降低10價(jià)，Al元素化合價(jià)由0價(jià)升高為Al（OH）₃中+3價(jià)，共升高3價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為30，故N₂系數(shù)為3，Al系數(shù)為10，再結(jié)合元素守恒與電荷守恒配平其它物質(zhì)的系數(shù)，配平后方程式為：6NO₃^-+10Al+18H₂O=3N₂↑+10Al（OH）₃↓+6OH^-，
故答案為：6、10、18、3、10、6；
（2）所含元素化合價(jià)升高的元素是還原劑，反應(yīng)中Al元素的化合價(jià)由0價(jià)升高為+3價(jià)，故Al是還原劑；
反應(yīng)中，N元素化合價(jià)由NO₃^-中+5價(jià)降低為N₂中0價(jià)，N元素發(fā)生還原反應(yīng)；
反應(yīng)中N元素化合價(jià)由NO₃^-中+5價(jià)降低為N₂中0價(jià)，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量是N原子的5倍，故生成2molN₂，轉(zhuǎn)移電子為2mol×2×5=10mol，故答案為：Al，N，10；
（3）根據(jù)Al與硝酸根的反應(yīng)可知，Mg與硝酸根反應(yīng)生成氮?dú)狻�氫氧化鎂、氫氧根離子，反應(yīng)離子方程式為：
2NO₃^-+5Mg+6H₂O=N₂↑+5Mg（OH）₂↓+2OH^-，
故答案為：2NO₃^-+5Mg+6H₂O=N₂↑+5Mg（OH）₂↓+2OH^-；
（4）已知：①、CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3KJ/mol
②、H₂（g）+O₂（g）=H₂O（l）△H₂=-285.8KJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，②×4-①得CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l），
故△H=4×（-285.8KJ/mol）-（-890.3KJ/mol）=-252.9kJ/mol，
故熱化學(xué)方程式為：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol．
分析：（1）反應(yīng)中，N元素化合價(jià)由NO₃^-中+5價(jià)降低為N₂中0價(jià)，共降低10價(jià)，Al元素化合價(jià)由0價(jià)升高為Al（OH）₃中+3價(jià)，共升高3價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為30，故N₂系數(shù)為3，Al系數(shù)為10，再結(jié)合元素守恒與電荷守恒配平其它物質(zhì)的系數(shù)；
（2）根據(jù)反應(yīng)中元素化合價(jià)變化判斷還原劑，所含元素化合價(jià)升高的元素是還原劑；元素的化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)；反應(yīng)中N元素化合價(jià)由NO₃^-中+5價(jià)降低為N₂中0價(jià)，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量是N原子的5倍；
（3）根據(jù)Al與硝酸根的反應(yīng)可知，Mg與硝酸根反應(yīng)生成氮?dú)�、氫氧化鎂、氫氧根離子；
（4）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)系數(shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)方程式，反應(yīng)熱與處于相應(yīng)的系數(shù)，并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算．
點(diǎn)評(píng)：本題考查氧化還原反應(yīng)配平及基本概念、電子轉(zhuǎn)移計(jì)算、根據(jù)蓋斯定律書寫熱化學(xué)方程式等，難度中等，注意掌握常用的氧化還原反應(yīng)配平方法，靈活運(yùn)用蓋斯定律．