Question

7．含氮廢水進入水體而對環(huán)境造成的污染越來越嚴重，環(huán)境專家認為可以用金屬鋁將水體中的NO₃^-還原為N₂，從而消除污染．其反應的離子方程式是：6NO₃^-+10Al+18H₂O=3N₂↑+10Al（OH）₃+6OH^-
（1）上述反應中，生成標準狀況下11.2L氮氣時，轉移的電子為5mol．現在要除去1m³含氮元素0.4mol的廢水中的NO₃^-（設氮元素都以NO₃^-的形式存在，下同），則至少需要消耗金屬鋁18g；
（2）有人認為金屬鎂比鋁能更快消除氮的污染，其反應原理和金屬鋁相同．
①寫出鎂和含氮廢水反應的離子方程式2NO₃^-+5Mg+6H₂O═N₂↑+5Mg（OH）₂+2OH^-；
②已知金屬鎂可以從海水中提取的MgCI₂通過電解制得的，電解熔融氯化鎂的化學方程式為MgCl₂$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Mg+CI₂↑，若要除去1m³含氮元素0.3mol的廢水中的NO₃^-，則至少需要含0.5%（質量分數）MgCl₂的海水14.25kg．

Answer 1

分析 （1）氧化還原反應中，化合價升高元素失去電子，化合價降低元素對應的產物是還原產物，根據化學方程式來計算反應轉移電子的量；根據化學方程式中硝酸根離子和金屬鋁之間的關系來計算回答；
（2）①金屬鎂比鋁能更快消除氮的污染，反應原理和金屬鋁相同，所以產物為氮氣、氫氧化鎂、氫氧根離子．根據電子轉移守恒結合元素守恒、電荷守恒配平；
②已知金屬鎂可以從海水中提取的MgCI₂通過電解制得的，電解熔融氯化鎂的化學方程式為MgCl₂$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Mg+CI₂↑；根據關系式5MgCl₂～5Mg～2NO₃^-計算．

解答 解：（1）氧化還原反應中，化合價升高元素Al失去電子，化合價降低的N元素對應的產物N₂是還原產物，根據化學方程式可知，生成3mol的氮氣轉移電子是30mol，生成標準狀況下11.2L氮氣的物質的量為0.5mol時，轉移電子是5mol，因為含氮0.4mol的廢水中的NO₃^-的物質的量為0.4mol，由化學方程式可知，0.4mol的硝酸根離子消耗金屬鋁的物質的量為$\frac{10}{6}×0.4$mol，所以鋁的質量為：$\frac{10}{6}×0.4$mol×27g/mol=18g，故答案為：5；18；
（2）①金屬鎂比鋁能更快消除氮的污染，反應原理和金屬鋁相同，所以產物為氮氣、氫氧化鎂、氫氧根離子，
反應離子方程式為2NO₃^-+5Mg+6H₂O═N₂↑+5Mg（OH）₂+2OH^-，
故答案為：2NO₃^-+5Mg+6H₂O═N₂↑+5Mg（OH）₂+2OH^-；
②已知金屬鎂可以從海水中提取的MgCI₂通過電解制得的，電解熔融氯化鎂的化學方程式為MgCl₂$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Mg+CI₂↑；令至少需要含0.5%（質量分數）MgCl₂的海水mkg，則：
5MgCl₂～～～～5Mg～～～～2NO₃^-
5×95g                                    2mol
m×10³g×0.5%                     0.3mol

所以$\frac{5×95g}{m×1{0}^{3}g×0.5%}$=$\frac{2mol}{0.3mol}$，解得m=14.25，故答案為：MgCl₂$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Mg+CI₂↑；14.25．

點評 本題考查氧化還原反應的計算、離子方程式等，難度中等，本題計算利用方程式及關系式進行，比電子轉移守恒計算直觀，根據情況選擇．