Question

日常飲用水中NO₃^一的含量是水質衛生檢驗的重要標準之一，達到一定濃度時會對人類健康產生危害，為了降低飲用水中NO₃^一的濃度，某興趣小組提出如下方案：

請回答下列問題：
（1）該方案在調節pH時，若pH過大或過小都會造成          的利用率降低。
（2）已知過濾后得到的濾液中幾乎不含鋁元素。①在溶液中鋁粉和NO₃^一反應的離子方程式為                                                           。
②濾渣在空氣中煅燒過程中涉及的相關反應方程式為                               
（3）用H₂催化還原法也可降低飲用水中NO₃^—的濃度，已知反應中的還原產物和氧化產物均可參與大氣循環，則催化還原法的離子方程式為                          。
（4）飲用水中的NO₃^－  主要來自于NH₄^＋。已知在微生物作用下，NH₄^＋  經過兩步反應被氧化成NO₃^－  。兩步反應的能量變化示意圖如下：
   
試寫出1 mol NH₄^＋ (aq)全部氧化成NO₃^－  (aq)的熱化學方程式是                   。
（5）固體a熔融電解時陰極反應式為                               

Answer 1

（1）鋁（或Al）(2分)
（2）①10Al+6NO₃^—+18H₂O＝10Al(OH)₃↓+3N₂↑+6OH^—(2分)
②4Al+ 3O₂2 Al₂ O₃    2Al(OH)₃ Al₂ O₃+3 H₂O（各2分）
（3）5H₂+2NO₃^—N₂↑+4H₂O+2OH^— (2分)
（或5H₂+2NO₃^—＋2H^＋N₂↑+6H₂O）
（4）NH₄^＋  (aq)＋2O₂(g)＝2H^＋(aq)＋NO₃^－  (aq)＋H₂O(l) △H＝－346 kJ·mol^－1(2分)
（5）Al³⁺+3e^-= Al（2分）

試題分析：（1）由于鋁能和酸或堿都能反應，該方案在調節pH時，若pH過大或過小都會造成鋁（或Al） 的利用率降低。（2）①鋁粉與硝酸根離子發生氧化還原反應生成固體，則固體為氫氧化鋁，則硝酸被還原為氮氣，則在溶液中鋁粉和NO₃^﹣反應的離子方程式為10Al+6NO₃^﹣+18H₂O=10Al（OH）₃+3N₂↑+6OH^﹣；②濾渣在空氣中煅燒過程中涉及的相關反應方程式為4Al+ 3O₂2 Al₂ O₃和2Al(OH)₃ Al₂ O₃+3 H₂O。（3）H₂催化還原飲用水中NO₃^﹣，反應中的還原產物和氧化產物均可參與大氣循環，則產物為水和氮氣，該反應為5H₂+2NO₃^﹣N₂+4H₂O+2OH^﹣；（4）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=﹣2736 kJ?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。（5）固體a熔融電解時陰極是提電子的，反應式為Al³⁺+3e^-= Al。