Question

【題目】在水體中部分含氮有機(jī)物循環(huán)如圖1所示．

（1）圖中屬于氮的固定的是____�。ㄌ钚蛱�(hào)）．

（2）圖中①②的轉(zhuǎn)化是在亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌作用下進(jìn)行的，已知：

2NH4+（aq）+3O2═2NO2﹣（aq）+4H+（aq）+2H2O（l）△H1＝﹣556.8kJ/mol

2NO2﹣（aq）+O2（g）＝2NO3﹣（aq）；△H2＝﹣145.2kJmol﹣1

則反應(yīng)NH4+（aq）+2O2（g）＝NO3﹣（aq）+2H+（aq）+H2O（1）△H3＝____kJmol﹣1

（3）某科研機(jī)構(gòu)研究通過(guò)化學(xué)反硝化的方法除脫水體中過(guò)量的NO3﹣，他們?cè)趫D示的三頸燒瓶中（裝置如圖2）中，加入NO3﹣起始濃度為45mgL﹣1的水樣、自制的納米鐵粉，起始時(shí)pH＝2.5，控制水浴溫度為25℃、攪拌速率為500轉(zhuǎn)/分，實(shí)驗(yàn)中每間隔一定時(shí)間從取樣口檢測(cè)水體中NO3﹣、NO2﹣及pH（NH4+、N2未檢測(cè)）的相關(guān)數(shù)據(jù)（如圖3）．

①實(shí)驗(yàn)室可通過(guò)反應(yīng)Fe（H2O）62++2BH4﹣＝Fe↓+2H3BO3+7H2↑制備納米鐵粉，每生成1molFe轉(zhuǎn)移電子總的物質(zhì)的量為____．

②向三頸燒瓶中通入N2的目的是____．

③開(kāi)始反應(yīng)0～20min，pH快速升高到約6.2，原因之一是___________；NO3﹣還原為NH4+及少量在20～250min時(shí)，加入緩沖溶液維持pH6.2左右，NO3﹣主要還原為NH4+，Fe轉(zhuǎn)化為Fe（OH）2，該反應(yīng)的離子方程式為___

（4）一種可以降低水體中NO3﹣含量的方法是：在廢水中加入食鹽后用特殊電極進(jìn)行電解反硝化脫除，原理可用圖4簡(jiǎn)要說(shuō)明．

①電解時(shí)，陰極的電極反應(yīng)式為_____．

②溶液中逸出N2的離子方程式為_____．

Answer 1

【答案】⑤ -351 8mol 驅(qū)除三頸燒瓶裝置中的O2，防止鐵粉被O2氧氣 鐵發(fā)生腐蝕消耗H+ 4Fe+NO3﹣+5H2O+2H+＝4Fe(OH)2+NH4+ NO3﹣+6H2O+8e﹣＝NH3+9OH﹣ 2NH3+3ClO﹣＝N2+3Cl﹣+3H2O

【解析】

（1）將游離態(tài)的氮（即氮?dú)猓┺D(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮（即氮的化合物）的過(guò)程，叫做氮的固定；（2）依據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱；（3）反應(yīng)Fe(H2O)62++2BH4﹣＝Fe↓+2H3BO3+7H2↑，反應(yīng)中鐵元素化合價(jià)+2價(jià)降低為0價(jià)，B元素化合價(jià)為+3價(jià)，元素化合價(jià)不變，氫元素化合價(jià)﹣1價(jià)升高為0價(jià)；加入緩沖溶液維持pH6.2左右，NO3﹣主要還原為NH4+，Fe轉(zhuǎn)化為Fe（OH）2，鐵消耗氫離子發(fā)生腐蝕，酸性溶液中硝酸根離子氧化亞鐵離子生成氫氧化亞鐵，硝酸根離子被還原為銨根離子，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書(shū)寫(xiě)離子方程式；（4）電解池中陰極上是NO3﹣被還原為NH3，失電子發(fā)生還原反應(yīng)；氨氣被次氯酸根離子氧化生成氮?dú)�，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書(shū)寫(xiě)離子方程式。

（1）分析轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，氮的固定是指單質(zhì)變化為化合物的反應(yīng)，所以圖中屬于氮的固定的是⑤，故答案為：⑤；

（2）①2NH4+(aq)+3O2═2NO2﹣(aq)+4H+(aq)+2H2O(l)△H1＝﹣556.8kJ/mol

②2NO2﹣(aq)+O2(g)＝2NO3﹣(aq)；△H2＝﹣145.2kJmol﹣1

依據(jù)蓋斯定律計(jì)算（①+②）×得到反應(yīng)NH4+(aq)+2O2(g)＝NO3﹣(aq)+2H+(aq)+H2O(1)△H3＝﹣351kJ/mol，故答案為：﹣351；

（3）①反應(yīng)Fe(H2O)62++2BH4﹣＝Fe↓+2H3BO3+7H2↑，反應(yīng)中鐵元素化合價(jià)+2價(jià)降低為0價(jià)，B元素化合價(jià)為+3價(jià)，元素化合價(jià)不變，氫元素化合價(jià)﹣1價(jià)升高為0價(jià)，生成1molFe電子轉(zhuǎn)移8mol，故答案為：8mol；

②向三頸燒瓶中通入N2的目的是將裝置內(nèi)的空氣排出，防止鐵粉被氧化，故答案為：驅(qū)除三頸燒瓶裝置中的O2，防止鐵粉被O2氧氣；

③加入緩沖溶液維持pH6.2左右，NO3﹣主要還原為NH4+，Fe轉(zhuǎn)化為Fe(OH)2，鐵消耗氫離子發(fā)生腐蝕，酸性溶液中硝酸根離子氧化亞鐵離子生成氫氧化亞鐵，硝酸根離子被還原為銨根離子，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平離子方程式為：4Fe+NO3﹣+5H2O+2H+＝4Fe(OH)2+NH4+，故答案為：鐵發(fā)生腐蝕消耗H+，4Fe+NO3﹣+5H2O+2H+＝4Fe(OH)2+NH4+；

（4）①電解池中陰極上NO3﹣被還原為NH3，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為NO3﹣+6H2O+8e﹣＝NH3+9OH﹣，故答案為：NO3﹣+6H2O+8e﹣＝NH3+9OH﹣；

②氨氣被次氯酸根離子氧化生成氮?dú)�，反�?yīng)的離子方程式為：2NH3+3ClO﹣＝N2+3Cl﹣+3H2O，

故答案為：2NH3+3ClO﹣＝N2+3Cl﹣+3H2O。