Question

【題目】飲用水中NO3- 達到一定濃度時會對人類健康產生危害，為了降低飲用水中NO3 -的濃度，某興趣小組提出如下方案：

請回答下列問題：

(1)該方案中選用熟石灰調節 pH，理由是_______、__________、________， 在調節pH時，若pH過大或過小都會造成________的利用率降低。

(2)已知過濾后得到的濾渣是Al和Al(OH)3，則在溶液中鋁粉和NO3-反應的離子方程式為____________________________________。

(3)用H2催化還原法也可降低飲用水中NO3-的濃度，已知反應中的還原產物和氧化產物 均可參與大氣循環，則催化還原法的離子方程式為____________________________________。

(4)飲用水中的NO3－主要來自于NH4＋。已知在微生物作用下，NH4＋經過兩步反應被氧化 成NO3－。兩步反應的能量變化示意圖如下：

試寫出1molNH4＋(aq)全部氧化成NO3－(aq)的熱化學方程式是__________________________。

Answer 1

【答案】引入的Ca2+對人體無害 來源豐富 價格便宜（意思相近均給分） 鋁（或Al） 10Al+6NO3- +18H2O＝10Al(OH)3↓+3N2↑+6OH- 5H2+2NO3- N2↑+4H2O+2OH- NH4＋(aq)＋2O2(g)＝2H＋(aq)＋NO3－(aq)＋H2O(l)△H＝－346kJ· mol－1

【解析】

(1)選用熟石灰調節pH，原料來源豐富，價格便宜，且引人離子對人體無害，注意pH過大或過小，都將直接發生Al與酸或堿的反應；

(2)鋁粉與硝酸根離子發生氧化還原反應生成固體，則固體為氫氧化鋁，則硝酸被還原為氮氣；

(3)用H2催化還原法也可降低飲用水中NO3－的濃度，反應中的還原產物和氧化產物均可參與大氣循環，則產物為水和氮氣；

(4)由圖可知，第一步熱化學反應為NH4＋(aq)+1.5O2(g)=2H＋(aq)+NO2－(aq)+H2O(l) △H=-2736 kJ·mol－1，第二步熱化學反應為NO2－(aq)+0.5O2(g)=NO3－(aq)）△H=-73kJ`mol－1，利用蓋斯定律可計算1mol NH4＋(aq)全部氧化成NO3－(aq)的熱化學方程式。

(1)選用熟石灰調節pH，原料來源豐富，價格便宜，且引人離子對人體無害，注意pH過大或過小，都將直接發生Al與酸或堿的反應，否則會造成Al的大量消耗，

故答案為：來源豐富、價格便宜；引入的Ca2＋對人體無害；鋁；

(2)鋁粉與硝酸根離子發生氧化還原反應生成固體，則固體為氫氧化鋁，則硝酸被還原為氮氣，則在溶液中鋁粉和NO3－反應的離子方程式為10Al+6NO3－+18H2O=10Al(OH)3+3N2↑+6OH－，

故答案為：10Al+6NO3－+18H2O=10Al(OH)3+3N2↑+6OH－；

(3)H2催化還原飲用水中NO3－，反應中的還原產物和氧化產物均可參與大氣循環，則產物為水和氮氣，該反應為5H2+2NO3－N2+4H2O+2OH－（或5H2+2NO3－+2H＋N2↑+6H2O）；

(4)由圖可知，第一步熱化學反應為NH4＋(aq)+O2(g)=2H＋(aq)+NO2－(aq)+H2O(l) △H=-2736 kJ·mol－1 ①，第二步熱化學反應為NO2－(aq)+O2(g)=NO3－(aq) △H=-73kJ·mol－1 ②，

由蓋斯定律可知①+②得1mol NH4＋(aq)全部氧化成NO3－(aq)的熱化學方程式為NH4＋(aq)+2O2(g)=2H＋(aq)+NO3－(aq)+H2O(l) △H=-346 kJ·mol－1，

故答案為：NH4＋(aq)+2O2(g)=2H＋(aq)+NO3－(aq)+H2O(l) △H=-346 kJ·mol－1。