Question

5．在水體中部分含氮有機(jī)物循環(huán)如圖1所示．
（1）圖中屬于氮的固定的是⑤（填序號）．
（2）圖中①②的轉(zhuǎn)化是在亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌作用下進(jìn)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
則反應(yīng)NH₄⁺（aq）+2O₂（g）=NO₃^-（aq）+2H⁺（aq）+H₂O（1）；
△H₃=-351KJ•mol^-1
（3）某科研機(jī)構(gòu)研究通過化學(xué)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45mg•L^-1的水樣、自制的納米鐵粉，起始時(shí)pH=2.5，控制水浴溫度為25℃、攪拌速率為500轉(zhuǎn)/分，實(shí)驗(yàn)中每間隔一定時(shí)間從取樣口檢測水體中NO₃^-、NO₂^-及pH（NH₄⁺、N₂未檢測）的相關(guān)數(shù)據(jù)（如圖3）．
①實(shí)驗(yàn)室可通過反應(yīng)Fe（H₂O）₆²⁺+2BH₄^-=Fe↓+2H₃BO₃+7H₂↑制備納米鐵粉，每生成1molFe轉(zhuǎn)移電子總的物質(zhì)的量為8mol．
②向三頸燒瓶中通入N₂的目的是排除裝置中的空氣，防止鐵粉被氧氣氧化干擾測定結(jié)果．
③開始反應(yīng)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(shí)，加入緩沖溶液維持pH6.2左右，NO₃^-主要還原為NH₄⁺，F(xiàn)e轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₂，該反應(yīng)的離子方程式為4Fe+NO₃^-+5H₂O+2H⁺=4Fe（OH）₂+NH₄⁺．
（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(jìn)行電解反硝化脫除，原理可用圖4簡要說明．
①電解時(shí)，陰極的電極反應(yīng)式為NO₃^-+6H₂O+8e^-=NH₃+9OH^-．
②溶液中逸出N₂的離子方程式為2NH₃+3ClO^-=N₂+3Cl^-+3H₂O．

Answer 1

分析 （1）將游離態(tài)的氮（即氮?dú)猓┺D(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮（即氮的化合物）的過程，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
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算（①+②）×$\frac{1}{2}$得到反應(yīng)NH₄⁺（aq）+2O₂（g）=NO₃^-（aq）+2H⁺（aq）+H₂O（1）熱化學(xué)方程式；
（3）①反應(yīng)Fe（H₂O）₆²⁺+2BH₄^-=Fe↓+2H₃BO₃+7H₂↑，反應(yīng)中鐵元素化合價(jià)+2價(jià)降低為0價(jià)，B元素化合價(jià)為+3價(jià)，元素化合價(jià)不變，氫元素化合價(jià)-1價(jià)升高為0價(jià)，生成1molFe電子轉(zhuǎn)移8mol；
②加入緩沖溶液維持pH6.2左右，NO₃^-主要還原為NH₄⁺，F(xiàn)e轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₂，鐵消耗氫離子發(fā)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(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書寫離子方程式；
（4）①電解池中陰極上是NO₃^-被還原為NH₃，失電子發(fā)生還原反應(yīng)；
②氨氣被次氯酸根離子氧化生成氮?dú)猓�結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書寫離子方程式．

解答 解：（1）分析轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，氮的固定是指單質(zhì)變化為化合物的反應(yīng)，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=-145.2KJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算（①+②）×$\frac{1}{2}$得到反應(yīng)NH₄⁺（aq）+2O₂（g）=NO₃^-（aq）+2H⁺（aq）+H₂O（1）△H₃=-351KJ/mol，
故答案為：-351；
（3）①反應(yīng)Fe（H₂O）₆²⁺+2BH₄^-=Fe↓+2H₃BO₃+7H₂↑，反應(yīng)中鐵元素化合價(jià)+2價(jià)降低為0價(jià)，B元素化合價(jià)為+3價(jià)，元素化合價(jià)不變，氫元素化合價(jià)-1價(jià)升高為0價(jià)，生成1molFe電子轉(zhuǎn)移8mol，
故答案為：8mol；
②加入緩沖溶液維持pH6.2左右，NO₃^-主要還原為NH₄⁺，F(xiàn)e轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₂，鐵消耗氫離子發(fā)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(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書寫離子方程式為：4Fe+NO₃^-+5H₂O+2H⁺=4Fe（OH）₂+NH₄⁺，
故答案為：4Fe+NO₃^-+5H₂O+2H⁺=4Fe（OH）₂+NH₄⁺；
（4）①電解池中陰極上是NO₃^-被還原為NH₃，失電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)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?dú)�，反�?yīng)的離子方程式為：2NH₃+3ClO^-=N₂+3Cl^-+3H₂O，
故答案為：2NH₃+3ClO^-=N₂+3Cl^-+3H₂O．

點(diǎn)評 本題考查了含氮物質(zhì)性質(zhì)、氧化還原反應(yīng)、電解池原理分析、熱化學(xué)方程式書寫，主要是題干信息的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度較大．