Question

6．含氮、磷元素的廢水進(jìn)入水體而造 成的水體富營(yíng)養(yǎng)化污染越來越嚴(yán)重，但人們也一直在尋找保護(hù)措施．環(huán)境專家認(rèn)為可以用金屬鋁將水體中的$NO_3^-$，還原為N₂，從而消除污染．其反應(yīng)的離子方程式是：6$NO_3^-$+10Al+18H₂O→3N₂↑+10Al（OH）₃+6OH^-
（1）請(qǐng)配平上述離子方程式6NO₃^-+10Al+18H₂O═3N₂↑+10Al（OH）₃+6OH^-
（2）現(xiàn)運(yùn)用該法要除去1m³含氮元素0.3mol的廢水中的$NO_3^-$（設(shè)氮元素都以$NO_3^-$的形式存在，下同），則至少需要消耗金屬鋁13.5g．
（3）工業(yè)廢水中的NaNO₂可采用加入適量NH₄Cl的方法除去，能使NaNO₂轉(zhuǎn)化為不引起二次污染的N₂，反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH₄Cl+NaNO₂=NaCl+N₂↑+2H₂O．
（4）有人認(rèn)為金屬鎂與鋁能更快消除氮的污染，其反應(yīng)原理和金屬鋁相同．
①寫出鎂和含氮廢水反應(yīng)的離子方程式2NO₃^-+5Mg+6H₂O═N₂↑+5Mg（OH）₂+2OH^-．
②已知金屬鎂可以從海水中提取的MgCl₂通過電解制得，電解熔融氯氧化鎂的化學(xué)方程式為MgCl₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑．
若要除去1m³含氮元素0.3mol的廢水中的$NO_3^-$，則至少需要含0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）MgCl₂的海水14.25kg．

Answer 1

分析 （1）分析反應(yīng)中元素化合價(jià)變化，找出化合價(jià)升高的和化合價(jià)降低的元素，依據(jù)氧化還原反應(yīng)得失電子守恒規(guī)律結(jié)合原子個(gè)數(shù)守恒配平方程式；
（2）反應(yīng)中NO₃^-全部被還原，根據(jù)方程式計(jì)算鋁的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算鋁的質(zhì)量；
（3）使NaNO₂轉(zhuǎn)化為不引起二次污染的N₂，N元素的化合價(jià)降低，氯化銨做還原劑；
（4）①金屬鎂比鋁能更快消除氮的污染，反應(yīng)原理和金屬鋁相同，所以產(chǎn)物為氮?dú)�、氫氧化鎂、氫氧根離子．根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒結(jié)合元素守恒、電荷守恒配平；
②電解熔融氯化鎂生成鎂和氯氣，根據(jù)關(guān)系式5MgCl₂～5Mg～2NO₃^-計(jì)算．

解答 解：（1）NO₃^-中氮的化合價(jià)由+5價(jià)降低為0價(jià)，變化5，Al的化合價(jià)由0價(jià)升高為+3價(jià)，變化3，要使氧化還原反應(yīng)得失電子守恒，則硝酸根硝酸根系數(shù)為6，鋁系數(shù)為10，依據(jù)原子個(gè)數(shù)守恒反應(yīng)方程式為：6NO₃^-+10Al+18H₂O═3N₂↑+10Al（OH）₃+6OH^-，
故答案為：6NO₃^-+10Al+18H₂O═3N₂↑+10Al（OH）₃+6OH^-；
（2）因?yàn)楹��?.3mol的廢水中的NO₃^-的物質(zhì)的量為0.3mol，根據(jù)化學(xué)方程式6NO₃^-+10Al+18H₂O═3N₂↑+10Al（OH）₃+6OH^-，0.3mol的硝酸根離子消耗金屬鋁的物質(zhì)的量為$\frac{0.3mol×10}{6}$=0.5mol，所以需要金屬鋁的質(zhì)量是：0.5mol×27g/mol=13.5g，
故答案為：13.5；
（3）使NaNO₂轉(zhuǎn)化為不引起二次污染的N₂，N元素的化合價(jià)降低，則還原劑NH₄Cl 中氮元素化合價(jià)升高為0價(jià)，發(fā)生反應(yīng)為NH₄Cl+NaNO₂=NaCl+N₂↑+2H₂O，
故答案為：NH₄Cl+NaNO₂=NaCl+N₂↑+2H₂O；
（4）①金屬鎂比鋁能更快消除氮的污染，反應(yīng)原理和金屬鋁相同，所以產(chǎn)物為氮?dú)�、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^-；，
②電解熔融氯化鎂的化學(xué)方程式為：MgCl₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑，
令至少需要含0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）MgCl₂的海水mkg，則：
5MgCl₂～～～～5Mg～～～～2NO₃^-
5×95g                                      2mol
m×10³g×0.5%                        0.3mol

所以$\frac{5×95g}{m×1{0}^{3}g×0.5%}$=$\frac{2mol}{0.3mol}$，解得m=14.25，
故答案為：MgCl₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑，14.25．

點(diǎn)評(píng) 本題考查氧化還原反應(yīng)的計(jì)算、離子方程式等，難度中等，本題計(jì)算利用方程式及關(guān)系式進(jìn)行，比電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算直觀，根據(jù)情況選擇．