Question

饮用水中含有一定浓度的NO₃^-将对人类健康产生危害，NO₃^-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^-的浓度，某兴趣小组提出如图甲方案：

请回答下列问题：
（1）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^-反应的离子方程式为______．
（2）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．
（3）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______．
（4）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图乙：试写出1mol NH₄⁺（aq）全部氧化成NO₃^- （aq）的热化学方程式是______．

Answer 1

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．
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．
点评：本题以信息的形式考查氧化还原反应、离子反应及热化学反应，注重对化学用语的考查，注意知识与题目信息的结合来解答，对学生能力要求较高，题目难度中等．