Question

5．在水體中部分含氮有機物循環(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=-145.2KJ•mol^-1
則反應NH₄⁺（aq）+2O₂（g）=NO₃^-（aq）+2H⁺（aq）+H₂O（1）；
△H₃=-351KJ•mol^-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45mg•L^-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(shù)據(jù)（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果．
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⁺，F(xiàn)e轉化為Fe（OH）₂，該反應的離子方程式為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（即氮氣）轉化為化合態(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)蓋斯定律計算（①+②）×$\frac{1}{2}$得到反應NH₄⁺（aq）+2O₂（g）=NO₃^-（aq）+2H⁺（aq）+H₂O（1）熱化學方程式；
（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；
②加入緩沖溶液維持pH6.2左右，NO₃^-主要還原為NH₄⁺，F(xiàn)e轉化為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；
②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．

解答 解：（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=-145.2KJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算（①+②）×$\frac{1}{2}$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加入緩沖溶液維持pH6.2左右，NO₃^-主要還原為NH₄⁺，F(xiàn)e轉化為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，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．

點評 本題考查了含氮物質性質、氧化還原反應、電解池原理分析、熱化學方程式書寫，主要是題干信息的理解應用，掌握基礎是解題關鍵，題目難度較大．