题目内容

【题目】在水体中部分含氮有机物循环如图1所示.

1)图中属于氮的固定的是____ (填序号).

2)图中①②的转化是在亚硝化细菌和硝化细菌作用下进行的,已知:

2NH4+aq+3O2═2NO2aq+4H+aq+2H2OlH1=﹣556.8kJ/mol

2NO2aq+O2g)=2NO3aq);H2=﹣145.2kJmol1

则反应NH4+aq+2O2g)=NO3aq+2H+aq+H2O1H3____kJmol1

3)某科研机构研究通过化学反硝化的方法除脱水体中过量的NO3,他们在图示的三颈烧瓶中(装置如图2)中,加入NO3起始浓度为45mgL1的水样、自制的纳米铁粉,起始时pH2.5,控制水浴温度为25℃、搅拌速率为500/分,实验中每间隔一定时间从取样口检测水体中NO3NO2pHNH4+N2未检测)的相关数据(如图3).

①实验室可通过反应FeH2O62++2BH4Fe↓+2H3BO3+7H2制备纳米铁粉,每生成1molFe转移电子总的物质的量为____

②向三颈烧瓶中通入N2的目的是____

③开始反应020minpH快速升高到约6.2,原因之一是___________NO3还原为NH4+及少量在20250min时,加入缓冲溶液维持pH6.2左右,NO3主要还原为NH4+Fe转化为FeOH2,该反应的离子方程式为___

4)一种可以降低水体中NO3含量的方法是:在废水中加入食盐后用特殊电极进行电解反硝化脱除,原理可用图4简要说明.

①电解时,阴极的电极反应式为_____

②溶液中逸出N2的离子方程式为_____

【答案】 -351 8mol 驱除三颈烧瓶装置中的O2,防止铁粉被O2氧气 铁发生腐蚀消耗H+ 4Fe+NO3+5H2O+2H+4Fe(OH)2+NH4+ NO3+6H2O+8eNH3+9OH 2NH3+3ClON2+3Cl+3H2O

【解析】

1)将游离态的氮(即氮气)转化为化合态的氮(即氮的化合物)的过程,叫做氮的固定;(2)依据盖斯定律计算反应热;(3)反应Fe(H2O)62++2BH4Fe↓+2H3BO3+7H2,反应中铁元素化合价+2价降低为0价,B元素化合价为+3价,元素化合价不变,氢元素化合价﹣1价升高为0价;加入缓冲溶液维持pH6.2左右,NO3主要还原为NH4+Fe转化为FeOH2,铁消耗氢离子发生腐蚀,酸性溶液中硝酸根离子氧化亚铁离子生成氢氧化亚铁,硝酸根离子被还原为铵根离子,结合电荷守恒和原子守恒配平书写离子方程式;(4)电解池中阴极上是NO3被还原为NH3,失电子发生还原反应;氨气被次氯酸根离子氧化生成氮气,结合电荷守恒和原子守恒配平书写离子方程式。

1)分析转化关系可知,氮的固定是指单质变化为化合物的反应,所以图中属于氮的固定的是⑤,故答案为:⑤;

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

2NO2(aq)+O2(g)2NO3(aq)H2=﹣145.2kJmol1

依据盖斯定律计算(①+②)×得到反应NH4+(aq)+2O2(g)NO3(aq)+2H+(aq)+H2O(1)H3=﹣351kJ/mol,故答案为:﹣351

3)①反应Fe(H2O)62++2BH4Fe↓+2H3BO3+7H2,反应中铁元素化合价+2价降低为0价,B元素化合价为+3价,元素化合价不变,氢元素化合价﹣1价升高为0价,生成1molFe电子转移8mol,故答案为:8mol

②向三颈烧瓶中通入N2的目的是将装置内的空气排出,防止铁粉被氧化,故答案为:驱除三颈烧瓶装置中的O2,防止铁粉被O2氧气;

③加入缓冲溶液维持pH6.2左右,NO3主要还原为NH4+Fe转化为Fe(OH)2,铁消耗氢离子发生腐蚀,酸性溶液中硝酸根离子氧化亚铁离子生成氢氧化亚铁,硝酸根离子被还原为铵根离子,结合电荷守恒和原子守恒配平离子方程式为:4Fe+NO3+5H2O+2H+4Fe(OH)2+NH4+,故答案为:铁发生腐蚀消耗H+4Fe+NO3+5H2O+2H+4Fe(OH)2+NH4+

4)①电解池中阴极上NO3被还原为NH3,发生还原反应,电极反应为NO3+6H2O+8eNH3+9OH,故答案为:NO3+6H2O+8eNH3+9OH

②氨气被次氯酸根离子氧化生成氮气,反应的离子方程式为:2NH3+3ClON2+3Cl+3H2O

故答案为:2NH3+3ClON2+3Cl+3H2O

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2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g) K1 ΔH1<0 ()

2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) K2 ΔH2<0 ()

4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K=____(K1K2表示)

②为研究不同条件对反应()的影响,在恒温条件下,向2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO0.1 mol Cl210 min时反应()达到平衡。测得10 minυ(ClNO)=7.5×10-3mol·L-1·min-1,则平衡后NO的转化率α1=____。其他条件保持不变,反应()在恒压条件下进行,平衡时NO的转化率α2____α1(“>”“<”“=”),平衡常数K2____(增大”“减小不变”)

(2)NO能与N2O反应生成N2NO2,反应的能量变化如下图所示,若生成1 mol N2,其ΔH=____kJ·mol-1

(3)NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。反应原理如图甲所示。

①由图甲可知,SCR技术中的氧化剂为_____________。当NO2NO的物质的量之比为1:1时,与足量氨气在一定条件下发生脱氮反应。该反应的化学方程式为______________

②图乙是不同催化剂MnCr在不同温度下对应的脱氮率,由图可知工业选取的最佳催化剂为________

(4)利用电化学装置可消除氮氧化物污染,变废为宝。图丙装置实现的能量转化形式是_______。图丁为电解NO制备NH4NO3的装置,该装置中阳极的电极反应式为___________________

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