Question

7．含氮废水进入水体而对环境造成的污染越来越严重，环境专家认为可以用金属铝将水体中的NO₃^-还原为N₂，从而消除污染．其反应的离子方程式是：6NO₃^-+10Al+18H₂O=3N₂↑+10Al（OH）₃+6OH^-
（1）上述反应中，生成标准状况下11.2L氮气时，转移的电子为5mol．现在要除去1m³含氮元素0.4mol的废水中的NO₃^-（设氮元素都以NO₃^-的形式存在，下同），则至少需要消耗金属铝18g；
（2）有人认为金属镁比铝能更快消除氮的污染，其反应原理和金属铝相同．
①写出镁和含氮废水反应的离子方程式2NO₃^-+5Mg+6H₂O═N₂↑+5Mg（OH）₂+2OH^-；
②已知金属镁可以从海水中提取的MgCI₂通过电解制得的，电解熔融氯化镁的化学方程式为MgCl₂$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Mg+CI₂↑，若要除去1m³含氮元素0.3mol的废水中的NO₃^-，则至少需要含0.5%（质量分数）MgCl₂的海水14.25kg．

Answer 1

分析 （1）氧化还原反应中，化合价升高元素失去电子，化合价降低元素对应的产物是还原产物，根据化学方程式来计算反应转移电子的量；根据化学方程式中硝酸根离子和金属铝之间的关系来计算回答；
（2）①金属镁比铝能更快消除氮的污染，反应原理和金属铝相同，所以产物为氮气、氢氧化镁、氢氧根离子．根据电子转移守恒结合元素守恒、电荷守恒配平；
②已知金属镁可以从海水中提取的MgCI₂通过电解制得的，电解熔融氯化镁的化学方程式为MgCl₂$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Mg+CI₂↑；根据关系式5MgCl₂～5Mg～2NO₃^-计算．

解答 解：（1）氧化还原反应中，化合价升高元素Al失去电子，化合价降低的N元素对应的产物N₂是还原产物，根据化学方程式可知，生成3mol的氮气转移电子是30mol，生成标准状况下11.2L氮气的物质的量为0.5mol时，转移电子是5mol，因为含氮0.4mol的废水中的NO₃^-的物质的量为0.4mol，由化学方程式可知，0.4mol的硝酸根离子消耗金属铝的物质的量为$\frac{10}{6}×0.4$mol，所以铝的质量为：$\frac{10}{6}×0.4$mol×27g/mol=18g，故答案为：5；18；
（2）①金属镁比铝能更快消除氮的污染，反应原理和金属铝相同，所以产物为氮气、氢氧化镁、氢氧根离子，
反应离子方程式为2NO₃^-+5Mg+6H₂O═N₂↑+5Mg（OH）₂+2OH^-，
故答案为：2NO₃^-+5Mg+6H₂O═N₂↑+5Mg（OH）₂+2OH^-；
②已知金属镁可以从海水中提取的MgCI₂通过电解制得的，电解熔融氯化镁的化学方程式为MgCl₂$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Mg+CI₂↑；令至少需要含0.5%（质量分数）MgCl₂的海水mkg，则：
5MgCl₂～～～～5Mg～～～～2NO₃^-
5×95g                                    2mol
m×10³g×0.5%                     0.3mol

所以$\frac{5×95g}{m×1{0}^{3}g×0.5%}$=$\frac{2mol}{0.3mol}$，解得m=14.25，故答案为：MgCl₂$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Mg+CI₂↑；14.25．

点评 本题考查氧化还原反应的计算、离子方程式等，难度中等，本题计算利用方程式及关系式进行，比电子转移守恒计算直观，根据情况选择．