Question

14．氨对人类的生产生活具有重要影响．
（1）氨的制备与利用．
①工业合成氨的化学方程式是N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$2NH₃．
②氨催化氧化生成一氧化氮反应的化学方程式是4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O．
（2）氨的定量检测．
水体中氨气和铵根离子（统称氨氮）总量的检测备受关注．利用氨气传感器检测水体中氨氮含量的示意图如下：

①利用平衡原理分析含氨氮水样中加入NaOH溶液的作用：c（OH^-）增大，使NH₄⁺+OH^-?NH₃•H₂O?NH₃+H₂O平衡正向移动，利于生成氨气，被空气吹出．
②若利用氨气传感器将1L水样中的氨氮完全转化为N₂时，转移电子的物质的量为6×10^-4mol•L^-1，则水样中氨氮（以氨气计）含量为3.4mg•L^-1．
（3）氨的转化与去除．
微生物燃料电池（MFC）是一种现代化氨氮去除技术．下图为MFC碳氮联合同时去除的氮转化系统原理示意图．
①已知A、B两极生成CO₂和N₂的物质的量之比为5：2，写出A极的电极反应式：CH₃COO^--8e^-+2H₂O═2CO₂+7H⁺．
②用化学用语简述NH₄⁺去除的原理：NH₄⁺在好氧微生物反应器中转化为NO₃^-：NH₄⁺+2O₂═NO₃^-+2H⁺+H₂O，NO₃^-在MFC电池正极转化为N₂：2NO₃^-+12H⁺+10e^-═N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）①工业合成氨是利用氮气和氢气催化剂作用下高温高压反应生成氨气；
②氨气的催化氧化生成一氧化氮和水；
（2）①氢氧根离子浓度增大会结合铵根离子利于生成氨气；
②若利用氨气传感器将1L水样中的氨氮完全转化为N₂时，依据氮元素守恒和电子转移守恒计算水样中氨氮（以氨气计）含量；
（3）①图示分析可知微生物燃料电池中氢离子移向B电极，说明A为原电池的负极，B为原电池的正极，NO₃^-离子在正极得到电子生成氮气发生还原反应，CH₃COO^-在原电池负极失电子生成二氧化碳气体，发生氧化反应，环境为酸性介质；
②NH₄⁺在好氧微生物反应器中转化为NO₃^-，硝酸根离子在原电池正极发生还原反应生成氮气．

解答 解：（1）①工业合成氨是利用氮气和氢气催化剂作用下高温高压反应生成氨气，反应的化学方程式为：N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$2NH₃，
故答案为：N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$2NH₃；
②氨气的催化氧化生成一氧化氮和水，反应的化学方程式为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O，
故答案为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O；
（2）①利用平衡原理分析含氨氮水样中加入NaOH溶液的作用是c（OH^-）增大，使NH₄⁺+OH^-?NH₃•H₂O?NH₃+H₂O平衡正向移动，利于生成氨气，被空气吹出，
故答案为：c（OH^-）增大，使NH₄⁺+OH^-?NH₃•H₂O?NH₃+H₂O平衡正向移动，利于生成氨气，被空气吹出；
②将1L水样中的氨氮完全转化为N₂时，转移电子的物质的量为6×10^-4mol，依据氮元素守恒2NH₃～N₂～6e^-，
2NH₃～N₂～6e^-，
2         6
n        6×10^-4mol/L
n=2×10^-4mol/L
水样中氨氮（以氨气计）含量=2×10^-4mol/L×17g/mol=3.4×10^-3g/L=3.4mg/L，
故答案为：3.4；
（3）①图示分析可知微生物燃料电池中氢离子移向B电极，说明A为原电池的负极，B为原电池的正极，NO₃^-离子在正极得到电子生成氮气发生还原反应，CH₃COO^-在原电池负极失电子生成二氧化碳气体，发生氧化反应，环境为酸性介质，则A极的电极反应式为：CH₃COO^--8e^-+2H₂O═2CO₂+7H⁺，B电极反应式为：2NO₃^-+12H⁺+10e^-═N₂+6H₂O，
故答案为：CH₃COO^--8e^-+2H₂O═2CO₂+7H⁺；
②NH₄⁺在好氧微生物反应器中转化为NO₃^-，NH₄⁺+2O₂═NO₃^-+2H⁺+H₂O，硝酸根离子在原电池正极发生还原反应生成氮气，2NO₃^-+12H⁺+10e^-═N₂+6H₂O，
故答案为：NH₄⁺在好氧微生物反应器中转化为NO₃^-：NH₄⁺+2O₂═NO₃^-+2H⁺+H₂O，NO₃^-在MFC电池正极转化为N₂：2NO₃^-+12H⁺+10e^-═N₂+6H₂O．

点评 本题考查了物质组成和性质的实验探究、化学平衡影响因素分析、原电池原理和电极反应书写等知识，掌握基础读懂题干信息是解题关键，题目难度中等．