Question

16．水資源的利用、開發(fā)、保護(hù)直接關(guān)系到人類的生存和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展．

Ⅰ．飲用水中含所有一定濃度的NO₃⁺將對人體健康產(chǎn)生危害，NO₃⁺能氧化人體血紅蛋白中的Fe（H），使其失去攜氧功能．
（1）飲用水中的NO₃⁺主要來自NO₄⁺．已知在微生物作用下，NO₄⁺經(jīng)過兩步反應(yīng)被氧化成NO₃⁺．兩步反應(yīng)的能量變化示意圖如圖1，試寫出1molNO₄⁺（ap）全部氧化成NO₃⁺（ap）的熱化學(xué)方程式NH₄⁺（aq）+2O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₃^-（aq）+H₂O（l）△H=-346kJ•mol^-1．
（2）用H₂催化還原法也可見底飲用水中NO₃⁺的濃度，已知反應(yīng)中的還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物均可參與大氣循環(huán)，則催化還原法的離子方程式為5H₂+2NO₃^-$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4H₂O+2OH^-．
（3）現(xiàn)測得某地水質(zhì)試樣中所含水溶性無機(jī)離子的化學(xué)組及其平均濃度如下表：根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算該試樣的pH=4

離子	K+	Na+	NH4+	SO42-	NO3-	Cl-
濃度（mol/L）	3×10-6	7×10-6	2×10-5	3×10-5	5×10-5	2×10-5

Ⅱ．海水淡化具有廣泛的應(yīng)用前景，淡化前需對海水進(jìn)行預(yù)處理．
（1）通常用明礬[K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•24H₂O]作混凝劑，降低濁度．明礬水解的離子方程式是Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（膠體）+3H⁺．
（2）對海水進(jìn)行消毒和滅藻處理時(shí)常用如圖2所示NaClO的發(fā)生裝置．
①裝置中由NaCl轉(zhuǎn)化為NaClO的化學(xué)方程式為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑、2NaOH+Cl₂=NaClO+NaCl+H₂O．
②海水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-等雜質(zhì)離子，處理過程中裝置的陰極易產(chǎn)生水垢，其主要成分是Mg（OH）₂和CaCO₃．生成CaCO₃的離子方程式是Ca²⁺+HCO₃^-+OH^-=CaCO₃↓+H₂O．
③若每隔5-10min倒換一次電極電性，可有效地解決陰極的結(jié)垢問題．試用電極反應(yīng)式并結(jié)合必要的文字進(jìn)行解釋陰極結(jié)垢后倒換電極電性，陰極變?yōu)殛枠O，其電極反應(yīng)為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，產(chǎn)生的氯氣與水發(fā)生反應(yīng)：Cl₂+H₂O=HCl+HClO，使該電極附近溶液呈酸性，從而將Mg（OH）₂和CaCO₃溶解而達(dá)到除垢的目的．

Answer 1

分析 I．（1）由圖可知，第一步熱化學(xué)反應(yīng)為NH₄⁺ （aq）+1.5O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₂^- （aq）+H₂O（l）△H=-273kJ•mol^-1，第二步熱化學(xué)反應(yīng)為NO₂^- （aq）+0.5O₂（g）=NO₃^- （aq））△H=-73kJ•mol^-1，利用蓋斯定律可計(jì)算1mol NH₄⁺（aq）全部氧化成NO₃^- （aq）的熱化學(xué)方程式；
（2）用H₂催化還原法也可降低飲用水中NO₃^-的濃度，反應(yīng)中的還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物均可參與大氣循環(huán)，則產(chǎn)物為水和氮?dú)猓?br />（3）只有NH₄⁺水解顯酸性，結(jié)合電荷守恒計(jì)算c（H⁺），可知pH；
Ⅱ．（1）明礬中含有鋁離子，鋁離子在水中水解生成氫氧化鋁膠體，膠體具有吸附性而凈水；
（2）①電解飽和氯化鈉溶液反應(yīng)生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣，氯氣和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氯化鈉、次氯酸鈉和水；
②陰極生成氫氣，水的電離被破壞電極附近生成氫氧化鈉，氫氧化鈉和碳酸氫鈣，碳酸氫鎂反應(yīng)生成氫氧化鎂、碳酸鈣沉淀；
③陰極結(jié)垢后倒換電極電性，陰極變?yōu)殛枠O，其電極反應(yīng)為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，產(chǎn)生的氯氣與水發(fā)生反應(yīng)：Cl₂+H₂O=HCl+HClO，酸溶解沉淀．

解答 解：I．（1）由圖可知，第一步熱化學(xué)反應(yīng)為NH₄⁺ （aq）+1.5O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₂^- （aq）+H₂O（l）△H=-273kJ•mol^-1①，
第二步熱化學(xué)反應(yīng)為NO₂^- （aq）+0.5O₂（g）=NO₃^- （aq））△H=-73kJ•mol^-1②，
由蓋斯定律可知①+②得1mol NH₄⁺（aq）全部氧化成NO₃^- （aq）的熱化學(xué)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；
（2）H₂催化還原飲用水中NO₃^-，反應(yīng)中的還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物均可參與大氣循環(huán)，則產(chǎn)物為水和氮?dú)猓�該反�?yīng)為5H₂+2NO₃^-$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4H₂O+2OH^-，
故答案為：5H₂+2NO₃^-$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4H₂O+2OH^-；
（3）只有NH₄⁺水解顯酸性，由電荷守恒可知，c（H⁺）=（3×10^-5）×2+（5×10^-5）+（2×10^-5）-（3×10^-6+7×10^-6+2×10^-5）=1×10^-4，則pH=4，故答案為：4；
Ⅱ．（1）明礬中含有鋁離子，鋁離子在水中水解生成氫氧化鋁膠體，膠體具有吸附性而凈水，水解方程式為Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（膠體）+3H⁺；
故答案為：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（膠體）+3H⁺；
（2）①裝置中由NaCl轉(zhuǎn)化為NaClO的化學(xué)方程式是2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑、2NaOH+Cl₂=NaClO+NaCl+H₂O，
故答案為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑、2NaOH+Cl₂=NaClO+NaCl+H₂O；
②陰極生成氫氣，電極附近水的電離被破壞，電極附近生成氫氧化鈉，氫氧化鈉和碳酸氫鈣，碳酸氫鎂反應(yīng)生成氫氧化鎂、碳酸鈣沉淀，氫氧化鈉和碳酸氫鈣反應(yīng)生成CaCO₃的沉淀產(chǎn)生水垢，生成碳酸鈣沉淀的反應(yīng)離子方程式是Ca²⁺+HCO₃^-+OH^-=CaCO₃↓+H₂O，
故答案為：Ca²⁺+HCO₃^-+OH^-=CaCO₃↓+H₂O；
③由電解原理可知，陰極結(jié)垢后倒換電極電性，陰極變?yōu)殛枠O，其電極反應(yīng)為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，產(chǎn)生的氯氣與水發(fā)生反應(yīng)：Cl₂+H₂O=HCl+HClO，使該電極附近溶液呈酸性，從而將Mg（OH）₂和CaCO₃溶解而達(dá)到除垢的目的，
故答案為：陰極結(jié)垢后倒換電極電性，陰極變?yōu)殛枠O，其電極反應(yīng)為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，產(chǎn)生的氯氣與水發(fā)生反應(yīng)：Cl₂+H₂O=HCl+HClO，使該電極附近溶液呈酸性，從而將Mg（OH）₂和CaCO₃溶解而達(dá)到除垢的目的．

點(diǎn)評 本題考查較綜合，涉及海水資源的利用、電解原理、反應(yīng)熱計(jì)算、鹽類水解等，綜合性較強(qiáng)，注重高頻考點(diǎn)的考查，把握反應(yīng)原理為解答的關(guān)鍵，題目難度中等．