Question

（12分）饮用水中含有一定浓度的NO₃^一将对人类健康产生危害，NO₃^一能氧化人体血红蛋白中的Fe(II)，使其失去携氧功能。为了降低饮用水中NO₃^一的浓度，某兴趣小组提出如下方案：

请回答下列问题：
⑴已知过滤后得到的滤渣是一种混合物，则在溶液中铝粉和NO₃^一反应的离子方程式为
__________________________________________。
⑵该方案中选用熟石灰调节pH，理由是_______________________、__________________，在调节pH时，若pH过大或过小都会造成    的利用率降低。
⑶用H₂催化还原法也可降低饮用水中NO₃^-的浓度，已知反应中的还原产物和氧化产物均可参与大气循环，则催化还原法的离子方程式为____________________________________。
⑷饮用水中的NO₃^－  主要来自于NH₄^＋。已知在微生物作用的条件下，NH₄^＋  经过两步反应被氧化成NO₃^－  。两步反应的能量变化示意图如下：

试写出1 mol NH₄^＋ (aq)全部氧化成NO₃^－  (aq)的热化学方程式是                        。

Answer 1

（12分）
⑴10Al+6NO₃^-+18H₂O10Al(OH)₃+3N₂↑+6OH^-（3分）
⑵引入的Ca²⁺对人体无害（1分）来源丰富、价格便宜（1分） 铝（1分）
⑶5H₂+2NO₃^-N₂+4H₂O+2OH^-（3分）
⑷NH₄^＋  (aq)＋2O₂(g)2H^＋(aq)＋NO₃^－  (aq)＋H₂O(l) △H=－346 kJ·mol^－1（3分）

分析：（1）铝粉与硝酸根离子发生氧化还原反应生成固体，则固体为氢氧化铝，则硝酸被还原为氮气；
（2）选用熟石灰调节pH，原料来源丰富，价格便宜，且引人离子对人体无害，注意pH过大或过小，都将直接发生Al与酸或碱的反应；
（3）用H₂催化还原法也可降低饮用水中NO₃^-的浓度，反应中的还原产物和氧化产物均可参与大气循环，则产物为水和氮气；
（4）由图可知，第一步热化学反应为NH₄⁺（aq）+1.5O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₂^-（aq）+H₂O（l）△H="-2736" kJ?mol^-1，第二步热化学反应为NO₂^-（aq）+0.5O₂（g）=NO₃^-（aq））△H=-73kJ?mol^-1，利用盖斯定律可计算1mol NH₄⁺（aq）全部氧化成NO₃^-（aq）的热化学方程式．
解：（1）铝粉与硝酸根离子发生氧化还原反应生成固体，则固体为氢氧化铝，则硝酸被还原为氮气，则在溶液中铝粉和NO₃^-反应的离子方程式为10Al+6NO₃^-+18H₂O=10Al（OH）₃+3N₂↑+6OH^-，
故答案为：10Al+6NO₃^-+18H₂O=10Al（OH）₃+3N₂↑+6OH^-；
（2）选用熟石灰调节pH，原料来源丰富，价格便宜，且引人离子对人体无害，注意pH过大或过小，都将直接发生Al与酸或碱的反应，否则会造成Al的大量消耗，
故答案为：来源丰富、价格便宜；引入的Ca²⁺对人体无害；铝；
（3）H₂催化还原饮用水中NO₃^-，反应中的还原产物和氧化产物均可参与大气循环，则产物为水和氮气，该反应为5H₂+2NO₃^-N₂+4H₂O+2OH^-，
故答案为：5H₂+2NO₃^-N₂+4H₂O+2OH^-；
（4）由图可知，第一步热化学反应为NH₄⁺（aq）+1.5O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₂^-（aq）+H₂O（l）△H="-2736" kJ?mol^-1①，
第二步热化学反应为NO₂^-（aq）+0.5O₂（g）=NO₃^-（aq））△H=-73kJ?mol^-1②，
由盖斯定律可知①+②得1mol NH₄⁺（aq）全部氧化成NO₃^-（aq）的热化学方程式为NH₄⁺（aq）+2O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₃^-（aq）+H₂O（l）△H="-346" kJ?mol^-1，
故答案为：NH₄⁺（aq）+2O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₃^-（aq）+H₂O（l）△H="-346" kJ?mol^-1．