Question

含氮廢水進入水體而對環境造成的污染越來越嚴重，某課外興趣小組先測定某廢水中含NO₃^-為3×10^-4mol/L，而后用鋁將NO₃^-還原為N₂，從而消除污染．
（1）配平下列有關反應的離子方程式：

6

NO₃^-+

10

Al+

18

H₂O→

3

N₂↑+

10

Al（OH）₃↓+

6

OH^-
（2）上述反應中，還原劑是

Al

，被還原的元素是

N

；每生成2molN₂，將有

10

mol電子發生轉移．
（3）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．
試寫出鎂和含氮廢水反應的離子方程式：

2NO₃^-+5Mg+6H₂O=N₂↑+5Mg（OH）₂↓+2OH^-

．
（4）如將CO₂與H₂以1：4的體積比混合可制得CH₄．已知：
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3KJ/mol
H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H₂=-285.8KJ/mol
寫出CO₂（g）與H₂（g）反應生成CH₄（g）與液態水的熱化學方程式

CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol

．

Answer 1

分析：（1）反應中，N元素化合價由NO₃^-中+5價降低為N₂中0價，共降低10價，Al元素化合價由0價升高為Al（OH）₃中+3價，共升高3價，化合價升降最小公倍數為30，故N₂系數為3，Al系數為10，再結合元素守恒與電荷守恒配平其它物質的系數；
（2）根據反應中元素化合價變化判斷還原劑，所含元素化合價升高的元素是還原劑；元素的化合價降低，發生還原反應；反應中N元素化合價由NO₃^-中+5價降低為N₂中0價，轉移電子物質的量是N原子的5倍；
（3）根據Al與硝酸根的反應可知，Mg與硝酸根反應生成氮氣、氫氧化鎂、氫氧根離子；
（4）根據蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當系數進行加減構造目標方程式，反應熱與處于相應的系數，并進行相應的計算．

解答：解：（1）反應中，N元素化合價由NO₃^-中+5價降低為N₂中0價，共降低10價，Al元素化合價由0價升高為Al（OH）₃中+3價，共升高3價，化合價升降最小公倍數為30，故N₂系數為3，Al系數為10，再結合元素守恒與電荷守恒配平其它物質的系數，配平后方程式為：6NO₃^-+10Al+18H₂O=3N₂↑+10Al（OH）₃↓+6OH^-，
故答案為：6、10、18、3、10、6；
（2）所含元素化合價升高的元素是還原劑，反應中Al元素的化合價由0價升高為+3價，故Al是還原劑；
反應中，N元素化合價由NO₃^-中+5價降低為N₂中0價，N元素發生還原反應；
反應中N元素化合價由NO₃^-中+5價降低為N₂中0價，轉移電子物質的量是N原子的5倍，故生成2molN₂，轉移電子為2mol×2×5=10mol，故答案為：Al，N，10；
（3）根據Al與硝酸根的反應可知，Mg與硝酸根反應生成氮氣、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^-；
（4）已知：①、CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3KJ/mol
②、H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H₂=-285.8KJ/mol
根據蓋斯定律，②×4-①得CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l），
故△H=4×（-285.8KJ/mol）-（-890.3KJ/mol）=-252.9kJ/mol，
故熱化學方程式為：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol．

點評：本題考查氧化還原反應配平及基本概念、電子轉移計算、根據蓋斯定律書寫熱化學方程式等，難度中等，注意掌握常用的氧化還原反應配平方法，靈活運用蓋斯定律．