Question

某反应池中，发生“生物硝化过程”，利用O₂将NH₄⁺氧化成NO₃^-，如果不考虑过程中硝化细菌的增殖，其净反应如下式所示：
______+____________+______+______
完成上述反应的离子方程式并配平，将系数填入方框中，并标出电子的转移方向和数目．
（1）反应中，还原剂是______，被还原的元素是______．
（2）将铵态氮中的lmg氮转化成硝酸根中的氮，需氧气______mg．（精确到0.01）
（3）取100mL完全反应以后的溶液，加入19.2g铜粉及一定量的稀硫酸，恰好完全反应（假设还原产物全部是NO气体），则原溶液中NH₄⁺的浓度为______mol/L．（假设反应前后溶液的体积不变）

Answer 1

解：由信息可知，O₂将NH₄⁺氧化为NO₃^-，根据电荷守恒可知，还生成H⁺，反应中NH₄⁺→NO₃^-，N元素化合价由-3价升高为+5价，化合价总共升高8价，O₂→，O元素化合价由0价降低为-2价，化合价总共降低4价，根据化合价升降相等可知，NH₄⁺系数为1，O₂系数为2，根据N元素是可知NO₃^-系数为1，根据电荷守恒可知H⁺系数为2，根据元素守恒可知还生成H₂O，其系数为1，所以离子方程式为NH₄⁺+2O₂=NO₃^-+2H⁺+H₂O．
故答案为：1NH₄⁺、2O₂；1NO₃^-、2H⁺、1H₂O；
（1）在氧化还原反应中，化合价升高的元素被氧化发生氧化反应，元素化合价降低的元素被还原，该反应中反应中NH₄⁺→NO₃^-，N元素化合价由-3价升高为+5价，NH₄⁺为还原剂，O₂→，O元素化合价由0价降低为-2价，被还原的元素是O₂中的O，电子由氮元素转移给氧元素，转移8个电子，
故答案为：NH₄⁺；O₂中的O；；
（2）令需要氧气的质量为x，则：
NH₄⁺+2O₂=NO₃^-+2H⁺+H₂O．
18g 64g
1mg× x
所以x=×1mg×=4.57mg
故答案为：4.57；
（3）反应中NO₃^-→NO，N元素化合价由+5价降低为+2价，Cu→Cu₂⁺，Cu元素化合价由0价升高为+2价，根据电子转移守恒有2n（Cu）=3n（NO₃^-）=×2=0.6mol，所以n（（NO₃^-）=0.2mol，根据N元素守恒有n（NH₄⁺）=n（NO₃^-）=0.2mol，所以原溶液中NH₄⁺的浓度为=2mol/L．
故答案为：2；
分析：由信息可知，O₂将NH₄⁺氧化为NO₃^-，根据电荷守恒可知，还生成H⁺，反应中NH₄⁺→NO₃^-，N元素化合价由-3价升高为+5价，化合价总共升高8价，O₂→，O元素化合价由0价降低为-2价，化合价总共降低4价，根据化合价升降相等可知，NH₄⁺系数为1，O₂系数为2，根据N元素是可知NO₃^-系数为1，根据电荷守恒可知H⁺系数为2，根据元素守恒可知还生成H₂O，其系数为1．
（1）元素的化合价升高为还原剂，元素的化合价降低被还原，以此来解答；
（2）铵态氮中的1mg氮，则NH₄⁺的质量为1mg×，根据（1）的离子方程式计算需要氧气的质量；
（3）反应中NO₃^-→NO，N元素化合价由+5价降低为+2价，Cu→Cu₂⁺，Cu元素化合价由0价升高为+2价，根据电子转移守恒有2n（Cu）=3n（NO₃^-），根据N元素守恒有n（NH₄⁺）=n（NO₃^-），再根据c=计算；
点评：本题考查氧化还原反应的配平、根据方程式的计算、物质的量浓度计算等，根据守恒判断其它生成物是解题的关键．掌握化合价升降法配平氧化还原反应方程式，题目难度中等．