Question

某反应池中，发生“生物硝化过程”，利用O2将N

H

+ 4

氧化成N

O

- 3

，如果不考虑反应过程中硝化细菌的增殖，其净反应如下式所示：

1NH₄⁺

+

2O₂

硝化细菌

1NO₃^-

+

2H⁺

+

1H₂O

（1）完成上述反庆的离子方程式并配平，将系数填入方框中．
（2）将铵态氮中的1mg氮转化成硝酸根中的氮，需氧气

4.57

mg．（精确0.01）
（3）取100mL完全反应后溶液，加入19.2g铜粉及一定量的稀硫酸，恰好完全反应（假设还原产物全部是NO气体），则原溶液中N

H

+ 4

的浓度为

2

mol/L．（假设反应前后溶液的体积不变）

Answer 1

分析：（1）由信息可知，O₂将NH₄⁺氧化为NO₃^-，根据电荷守恒可知，还生成H⁺，反应中NH₄⁺→NO₃^-，N元素化合价由-3价升高为+5价，化合价总共升高8价，O₂→

-2

O

，O元素化合价由0价降低为-2价，化合价总共降低4价，根据化合价升降相等可知，NH₄⁺系数为1，O₂系数为2，根据N元素是可知NO₃^-系数为1，根据电荷守恒可知H⁺系数为2，根据元素守恒可知还生成H₂O，其系数为1．
（2）铵态氮中的1mg氮，则NH₄⁺的质量为1mg×

18

14

，根据（1）的离子方程式计算需要氧气的质量．
（3）反应中NO₃^-→NO，N元素化合价由+5价降低为+2价，Cu→Cu₂⁺，Cu元素化合价由0价升高为+2价，根据电子转移守恒有2n（Cu）=3n（NO₃^-），根据N元素守恒有n（NH₄⁺）=n（NO₃^-），再根据c=

n

V

计算．

解答：解：（1）由信息可知，O₂将NH₄⁺氧化为NO₃^-，根据电荷守恒可知，还生成H⁺，反应中NH₄⁺→NO₃^-，N元素化合价由-3价升高为+5价，化合价总共升高8价，O₂→

-2

O

，O元素化合价由0价降低为-2价，化合价总共降低4价，根据化合价升降相等可知，NH₄⁺系数为1，O₂系数为2，根据N元素是可知NO₃^-系数为1，根据电荷守恒可知H⁺系数为2，根据元素守恒可知还生成H₂O，其系数为1，所以离子方程式为NH₄⁺+2O₂=NO₃^-+2H⁺+H₂O．
故答案为：1NH₄⁺、2O₂；1NO₃^-、2H⁺、1H₂O．
（2）令需要氧气的质量为x，则：
       NH₄⁺+2O₂=NO₃^-+2H⁺+H₂O．
     18g    64g
  1mg×

18

14

   x
所以x=

64g

18g

×1mg×

18

14

=4.57g
故答案为：4.57．
（3）反应中NO₃^-→NO，N元素化合价由+5价降低为+2价，Cu→Cu₂⁺，Cu元素化合价由0价升高为+2价，根据电子转移守恒有2n（Cu）=3n（NO₃^-）=

19.2g

64g/mol

×2=0.6mol，所以n（（NO₃^-）=0.2mol，根据N元素守恒有n（NH₄⁺）=n（NO₃^-）=0.2mol，所以原溶液中NH₄⁺的浓度为

0.2mol

0.1L

=2mol/L．
故答案为：2．

点评：考查氧化还原反应的配平、根据方程式的计算、物质的量浓度计算等，难度中等，根据守恒判断其它生成物是解题的关键．掌握化合价升降法配平氧化还原反应方程式．