Question

20．硝酸铵钙晶体[5Ca（NO₃）₂•NH₄NO₃•10H₂O]极易溶于水，是一种绿色的复合肥料．
（1）硝酸铵钙晶体的溶液显酸性，原因是NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺ （用离子方程式表示）．
（2）已知磷酸钙是一种难溶物，常温下，其K_sp=2.0×10^-33，$\sqrt{2}$≈1.414．工业上生产硝酸铵钙的方法是以硝酸浸取磷矿石得到的粗硝酸钙（含硝酸钙、磷酸钙及硝酸）为原料制备，其生产流程如图1：

①在粗硝酸钙浊液中，c（Ca²⁺）≈0.1mol/L，则其中c（PO₄^3-）约为1.414×10^-15mol/L
②加入适量的碳酸钙后发生反应的离子方程式为CaCO₃+2H⁺═Ca²⁺+CO₂↑+H₂O．
③硝酸铵是一种易分解的物质，保存和利用时，需控制在较低温度．230～400℃时，它会分解成空气中含量最大的两种气体，其反应的化学方程式为2NH₄NO₃$\frac{\underline{\;230～400℃\;}}{\;}$2N₂↑+O₂↑+4H₂O．
（3）生产硝酸铵钙工厂的废水中常含有硝酸铵，净化方法有反硝化净化法和电解法．
①NO₃^-在酸性条件下可转化为N₂，该反硝化方法可用半反应（同电极反应式）表示2NO₃^-+10e^-+12H⁺═6H₂O+N₂↑．
②目前常用电解法净化，工作原理如图2所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）；
Ⅰ．阳极的电极反应为2H₂O-4e^-═4H⁺+O₂↑，Ⅰ室可回收的产品为硝酸（填名称）．
③Ⅱ．Ⅲ室可回收到氨气，请结合方程式和文字解释其原因电解时Ⅲ室氢离子得电子发生还原反应（或2H⁺+2e^-=H₂），使碱性增强，同时NH₄⁺通过阳离子膜进入III 室，发生反应：NH₄⁺+OH^-=NH₃+H₂O，生成氨气．

Answer 1

分析 （1）铵根离子水解显酸性；
（2）粗硝酸钙（含硝酸钙、难溶物及硝酸）加水溶解，过滤得含硝酸钙和硝酸的溶液，加入碳酸钙与硝酸铵反应生成硝酸铵钙、水和二氧化碳气体，溶液为硝酸钙和硝酸铵的混合溶液，蒸发结晶得到硝酸铵钙[5Ca（NO₃）₂•NH₄NO₃•10H₂O]晶体．
①根据K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=[c（Ca²⁺）]³×c（PO₄^3-）计算；
②粗硝酸钙（含硝酸钙、难溶物及硝酸）加水溶解，过滤得含硝酸钙和硝酸的溶液，加入碳酸钙与硝酸反应生成硝酸钙、水和二氧化碳气体；
③硝酸铵分解生成氮气和氧气以及水；
（3）①反硝化是利用某些细菌在酸性条件下将NO₃^-得到电子发生还原反应生成N₂，据此书写；
②根据膜电解法阳极上为水失电子发生的氧化反应；Ⅰ室消耗氢氧根离子使酸性增强，与向阳极移动的硝酸根结合成硝酸；
③电解时，Ⅲ室为阴极应为氢离子得电子发生还原反应，消耗氢离子使碱性增强，与向阴极移动的铵根离子反应生成氨气，据此分析．

解答 解：（1）铵根离子水解显酸性，则水解离子反应为NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，
故答案为：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；
（2）①K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=2×10^-33，c（Ca²⁺）≈0.1mol/L，K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=[c（Ca²⁺）]³×c（PO₄^3-）=2×10^-33，（0.1）³×c²（PO₄^3-）=2×10^-33，$\sqrt{2}$≈1.414．c（PO₄^3-）=1.414×10^-15mol/L，
故答案为：1.414×10^-15mol/L；
②加入碳酸钙与硝酸反应生成硝酸钙、水和二氧化碳气体，发生反应的离子方程式为CaCO₃+2H⁺═Ca²⁺+CO₂↑+H₂O，
故答案为：CaCO₃+2H⁺═Ca²⁺+CO₂↑+H₂O；
③空气中含量最大的两种气体分别是氮气和氧气，依据氧化还原反应原理得出硝酸铵分解方程式为：2NH₄NO₃$\frac{\underline{\;230～400℃\;}}{\;}$2N₂↑+O₂↑+4H₂O，
故答案为：2NH₄NO₃$\frac{\underline{\;230～400℃\;}}{\;}$2N₂↑+O₂↑+4H₂O；
（3）①反硝化是利用某些细菌在酸性条件下将NO₃^-转化为N₂，即NO₃^-得到电子发生还原反应生成N₂，反应式为2NO₃^-+10e-+12H⁺═6H₂O+N₂↑，
故答案为：2NO₃^-+10e-+12H⁺═6H₂O+N₂↑；
②膜电解法阳极上为水失电子发生的氧化反应，反应式为2H₂O-4e-═4H⁺+O₂↑，则Ⅰ室阳极消耗氢氧根离子使酸性增强，与向阳极移动的硝酸根结合成硝酸，所以Ⅰ室可回收的产品为硝酸，
故答案为：2H₂O-4e-═4H⁺+O₂↑；硝酸；
③电解时，Ⅲ室为阴极应为氢离子得电子发生还原反应（或2H⁺+2e^-=H₂），则消耗氢离子使碱性增强，与向阴极移动的铵根离子反应生成氨气，发生反应：NH₄⁺+OH^-=NH₃+H₂O，所以Ⅲ室可回收到氨气，
故答案为：电解时Ⅲ室氢离子得电子发生还原反应（或2H⁺+2e^-=H₂），使碱性增强，同时NH₄⁺通过阳离子膜进入III 室，发生反应：NH₄⁺+OH^-=NH₃+H₂O，生成氨气．

点评 本题主要考查了工业生产硝酸铵钙的原理及废水的处理，意在考查考生阅读新信息，处理新情况的能力，电解装置的分析及其电极反应式的书写是易错点，题目难度中等．