Question

5．在水体中部分含氮有机物循环如图1所示．
（1）图中属于氮的固定的是⑤（填序号）．
（2）图中①②的转化是在亚硝化细菌和硝化细菌作用下进行的，已知：
2NH₄⁺（aq）+3O₂═2NO₂^-（aq）+4H⁺（aq）+2H₂O（l）△H₁=-556.8kj/mol
2NO₂^-（aq）+O₂（g）=2NO₃^-（aq）；△H₂=-145.2KJ•mol^-1
则反应NH₄⁺（aq）+2O₂（g）=NO₃^-（aq）+2H⁺（aq）+H₂O（1）；
△H₃=-351KJ•mol^-1
（3）某科研机构研究通过化学反硝化的方法除脱水体中过量的NO₃^-，他们在图示的三颈烧瓶中（装置如图2）中，加入NO₃^-起始浓度为45mg•L^-1的水样、自制的纳米铁粉，起始时pH=2.5，控制水浴温度为25℃、搅拌速率为500转/分，实验中每间隔一定时间从取样口检测水体中NO₃^-、NO₂^-及pH（NH₄⁺、N₂未检测）的相关数据（如图3）．
①实验室可通过反应Fe（H₂O）₆²⁺+2BH₄^-=Fe↓+2H₃BO₃+7H₂↑制备纳米铁粉，每生成1molFe转移电子总的物质的量为8mol．
②向三颈烧瓶中通入N₂的目的是排除装置中的空气，防止铁粉被氧气氧化干扰测定结果．
③开始反应0～20min，pH快速升高到约6.2，原因之一是NO₃^-还原为NH₄⁺及少量在20～250min时，加入缓冲溶液维持pH6.2左右，NO₃^-主要还原为NH₄⁺，Fe转化为Fe（OH）₂，该反应的离子方程式为4Fe+NO₃^-+5H₂O+2H⁺=4Fe（OH）₂+NH₄⁺．
（4）一种可以降低水体中NO₃^-含量的方法是：在废水中加入食盐后用特殊电极进行电解反硝化脱除，原理可用图4简要说明．
①电解时，阴极的电极反应式为NO₃^-+6H₂O+8e^-=NH₃+9OH^-．
②溶液中逸出N₂的离子方程式为2NH₃+3ClO^-=N₂+3Cl^-+3H₂O．

Answer 1

分析 （1）将游离态的氮（即氮气）转化为化合态的氮（即氮的化合物）的过程，叫做氮的固定；
（2）①2NH₄⁺（aq）+3O₂═2NO₂^-（aq）+4H⁺（aq）+2H₂O（l）△H₁=-556.8kj/mol
②2NO₂^-（aq）+O₂（g）=2NO₃^-（aq）；△H₂=-145.2KJ•mol^-1
依据盖斯定律计算（①+②）×$\frac{1}{2}$得到反应NH₄⁺（aq）+2O₂（g）=NO₃^-（aq）+2H⁺（aq）+H₂O（1）热化学方程式；
（3）①反应Fe（H₂O）₆²⁺+2BH₄^-=Fe↓+2H₃BO₃+7H₂↑，反应中铁元素化合价+2价降低为0价，B元素化合价为+3价，元素化合价不变，氢元素化合价-1价升高为0价，生成1molFe电子转移8mol；
②加入缓冲溶液维持pH6.2左右，NO₃^-主要还原为NH₄⁺，Fe转化为Fe（OH）₂，铁消耗氢离子发生腐蚀，酸性溶液中硝酸根离子氧化亚铁离子生成氢氧化亚铁，硝酸根离子被还原为铵根离子，结合电荷守恒和原子守恒配平书写离子方程式；
（4）①电解池中阴极上是NO₃^-被还原为NH₃，失电子发生还原反应；
②氨气被次氯酸根离子氧化生成氮气，结合电荷守恒和原子守恒配平书写离子方程式．

解答 解：（1）分析转化关系可知，氮的固定是指单质变化为化合物的反应，所以图中属于氮的固定的是⑤，
故答案为：⑤；
（2）①2NH₄⁺（aq）+3O₂═2NO₂^-（aq）+4H⁺（aq）+2H₂O（l）△H₁=-556.8kj/mol
②2NO₂^-（aq）+O₂（g）=2NO₃^-（aq）；△H₂=-145.2KJ•mol^-1
依据盖斯定律计算（①+②）×$\frac{1}{2}$得到反应NH₄⁺（aq）+2O₂（g）=NO₃^-（aq）+2H⁺（aq）+H₂O（1）△H₃=-351KJ/mol，
故答案为：-351；
（3）①反应Fe（H₂O）₆²⁺+2BH₄^-=Fe↓+2H₃BO₃+7H₂↑，反应中铁元素化合价+2价降低为0价，B元素化合价为+3价，元素化合价不变，氢元素化合价-1价升高为0价，生成1molFe电子转移8mol，
故答案为：8mol；
②加入缓冲溶液维持pH6.2左右，NO₃^-主要还原为NH₄⁺，Fe转化为Fe（OH）₂，铁消耗氢离子发生腐蚀，酸性溶液中硝酸根离子氧化亚铁离子生成氢氧化亚铁，硝酸根离子被还原为铵根离子，结合电荷守恒和原子守恒配平书写离子方程式为：4Fe+NO₃^-+5H₂O+2H⁺=4Fe（OH）₂+NH₄⁺，
故答案为：4Fe+NO₃^-+5H₂O+2H⁺=4Fe（OH）₂+NH₄⁺；
（4）①电解池中阴极上是NO₃^-被还原为NH₃，失电子发生还原反应，电极反应为NO₃^-+6H₂O+8e^-=NH₃+9OH^-，
故答案为：NO₃^-+6H₂O+8e^-=NH₃+9OH^-；
②氨气被次氯酸根离子氧化生成氮气，反应的离子方程式为：2NH₃+3ClO^-=N₂+3Cl^-+3H₂O，
故答案为：2NH₃+3ClO^-=N₂+3Cl^-+3H₂O．

点评 本题考查了含氮物质性质、氧化还原反应、电解池原理分析、热化学方程式书写，主要是题干信息的理解应用，掌握基础是解题关键，题目难度较大．