Question

【题目】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____　（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＝﹣145.2kJmol﹣1

则反应NH4+（aq）+2O2（g）＝NO3﹣（aq）+2H+（aq）+H2O（1）△H3＝____kJmol﹣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45mgL﹣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____．

②向三颈烧瓶中通入N2的目的是____．

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___

（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_____．

②溶液中逸出N2的离子方程式为_____．

Answer 1

【答案】⑤ -351 8mol 驱除三颈烧瓶装置中的O2，防止铁粉被O2氧气 铁发生腐蚀消耗H+ 4Fe+NO3﹣+5H2O+2H+＝4Fe(OH)2+NH4+ NO3﹣+6H2O+8e﹣＝NH3+9OH﹣ 2NH3+3ClO﹣＝N2+3Cl﹣+3H2O

【解析】

（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）依据盖斯定律计算反应热；（3）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；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）电解池中阴极上是NO3﹣被还原为NH3，失电子发生还原反应；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。

（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＝﹣145.2kJmol﹣1

依据盖斯定律计算（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向三颈烧瓶中通入N2的目的是将装置内的空气排出，防止铁粉被氧化，故答案为：驱除三颈烧瓶装置中的O2，防止铁粉被O2氧气；

③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离子方程式为：4Fe+NO3﹣+5H2O+2H+＝4Fe(OH)2+NH4+，故答案为：铁发生腐蚀消耗H+，4Fe+NO3﹣+5H2O+2H+＝4Fe(OH)2+NH4+；

（4）①电解池中阴极上NO3﹣被还原为NH3，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。