Question

【題目】在水體中部分含氮有機物循環如圖1所示．

（1）圖中屬于氮的固定的是____　（填序號）．

（2）圖中①②的轉化是在亞硝化細菌和硝化細菌作用下進行的，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

則反應NH4+（aq）+2O2（g）＝NO3﹣（aq）+2H+（aq）+H2O（1）△H3＝____kJmol﹣1

（3）某科研機構研究通過化學反硝化的方法除脫水體中過量的NO3﹣，他們在圖示的三頸燒瓶中（裝置如圖2）中，加入NO3﹣起始濃度為45mgL﹣1的水樣、自制的納米鐵粉，起始時pH＝2.5，控制水浴溫度為25℃、攪拌速率為500轉/分，實驗中每間隔一定時間從取樣口檢測水體中NO3﹣、NO2﹣及pH（NH4+、N2未檢測）的相關數據（如圖3）．

①實驗室可通過反應Fe（H2O）62++2BH4﹣＝Fe↓+2H3BO3+7H2↑制備納米鐵粉，每生成1molFe轉移電子總的物質的量為____．

②向三頸燒瓶中通入N2的目的是____．

③開始反應0～20min，pH快速升高到約6.2，原因之一是___________；NO3﹣還原為NH4+及少量在20～250min時，加入緩沖溶液維持pH6.2左右，NO3﹣主要還原為NH4+，Fe轉化為Fe（OH）2，該反應的離子方程式為___

（4）一種可以降低水體中NO3﹣含量的方法是：在廢水中加入食鹽后用特殊電極進行電解反硝化脫除，原理可用圖4簡要說明．

①電解時，陰極的電極反應式為_____．

②溶液中逸出N2的離子方程式為_____．

Answer 1

【答案】⑤ -351 8mol 驅除三頸燒瓶裝置中的O2，防止鐵粉被O2氧氣 鐵發生腐蝕消耗H+ 4Fe+NO3﹣+5H2O+2H+＝4Fe(OH)2+NH4+ NO3﹣+6H2O+8e﹣＝NH3+9OH﹣ 2NH3+3ClO﹣＝N2+3Cl﹣+3H2O

【解析】

（1）將游離態的氮（即氮氣）轉化為化合態的氮（即氮的化合物）的過程，叫做氮的固定；（2）依據蓋斯定律計算反應熱；（3）反應Fe(H2O)62++2BH4﹣＝Fe↓+2H3BO3+7H2↑，反應中鐵元素化合價+2價降低為0價，B元素化合價為+3價，元素化合價不變，氫元素化合價﹣1價升高為0價；加入緩沖溶液維持pH6.2左右，NO3﹣主要還原為NH4+，Fe轉化為Fe（OH）2，鐵消耗氫離子發生腐蝕，酸性溶液中硝酸根離子氧化亞鐵離子生成氫氧化亞鐵，硝酸根離子被還原為銨根離子，結合電荷守恒和原子守恒配平書寫離子方程式；（4）電解池中陰極上是NO3﹣被還原為NH3，失電子發生還原反應；氨氣被次氯酸根離子氧化生成氮氣，結合電荷守恒和原子守恒配平書寫離子方程式。

（1）分析轉化關系可知，氮的固定是指單質變化為化合物的反應，所以圖中屬于氮的固定的是⑤，故答案為：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

依據蓋斯定律計算（①+②）×得到反應NH4+(aq)+2O2(g)＝NO3﹣(aq)+2H+(aq)+H2O(1)△H3＝﹣351kJ/mol，故答案為：﹣351；

（3）①反應Fe(H2O)62++2BH4﹣＝Fe↓+2H3BO3+7H2↑，反應中鐵元素化合價+2價降低為0價，B元素化合價為+3價，元素化合價不變，氫元素化合價﹣1價升高為0價，生成1molFe電子轉移8mol，故答案為：8mol；

②向三頸燒瓶中通入N2的目的是將裝置內的空氣排出，防止鐵粉被氧化，故答案為：驅除三頸燒瓶裝置中的O2，防止鐵粉被O2氧氣；

③加入緩沖溶液維持pH6.2左右，NO3﹣主要還原為NH4+，Fe轉化為Fe(OH)2，鐵消耗氫離子發生腐蝕，酸性溶液中硝酸根離子氧化亞鐵離子生成氫氧化亞鐵，硝酸根離子被還原為銨根離子，結合電荷守恒和原子守恒配平離子方程式為：4Fe+NO3﹣+5H2O+2H+＝4Fe(OH)2+NH4+，故答案為：鐵發生腐蝕消耗H+，4Fe+NO3﹣+5H2O+2H+＝4Fe(OH)2+NH4+；

（4）①電解池中陰極上NO3﹣被還原為NH3，發生還原反應，電極反應為NO3﹣+6H2O+8e﹣＝NH3+9OH﹣，故答案為：NO3﹣+6H2O+8e﹣＝NH3+9OH﹣；

②氨氣被次氯酸根離子氧化生成氮氣，反應的離子方程式為：2NH3+3ClO﹣＝N2+3Cl﹣+3H2O，

故答案為：2NH3+3ClO﹣＝N2+3Cl﹣+3H2O。