Question

当今水体的污染成为人们关注的焦点．利用化学原理可以对工厂排放的废水进行有效检测与合理处理．
（1）废水中的N、P元素是造成水体富营养化的关键因素，农药厂排放的废水中常含有较多的NH₄⁺和PO₄^3-，一般可以通过以下两种方法将其除去．
①方法一：将Ca（OH）₂或CaO 投加到待处理的废水中，生成磷酸钙，从而进行回收．已知常温下K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=2.0×10^-33，当处理后的废水中c（Ca²⁺）=2.0×10^-7 mol?L^-1时，溶液中c（PO₄^3-）=

5.0×10^-7

mol?L^-1．
②方法二：在废水中加入镁矿工业废水，就可以生成高品位的磷矿石--鸟粪石，反应的方程式为Mg²⁺+NH₄⁺+PO₄^3-=MgNH₄PO₄↓．该方法中需要控制污水的pH为7.5～10.0，若pH高于10.7，鸟粪石的产量会大大降低．其原因可能为

当pH高于10.7时，溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺会与OH^-反应，平衡向逆反应方向移动

；与方法一相比，方法二的优点为

能同时除去废水中的氮，充分利用了镁矿工业废水

．
（2）染料工业排放的废水中含有大量有毒的NO₂^-，可在碱性条件下加入铝粉除去，加热处理后的废水会产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体．现有1.0t含氮质量分数为0.035%的NO₂^-废水，用此法完全处理后生成的AlO₂^-的物质的量为

50mol

．
（3）工业上也会利用铝粉除去含氮废水中的NO₃^-．现在处理100m³浓度为2.0×10^-4mol?L^-1的NaNO₃溶液，加入一定量的2mol?L^-1的NaOH溶液和铝粉，控制溶液pH在10.7左右，加热，使产生的气体全部逸出，当NaNO₃反应掉一半时，测得氮气和氨气的体积比为4：1，求此过程中消耗铝的质量．（写出计算过程，无过程以0分计算）

Answer 1

分析：（1）①根据K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=2.0×10^-33计算；
②若pH高于10.7，鸟粪石的产量会大大降低，可能是溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺会与OH^-反应；
方法二能同时除去废水中的氮；
（2）根据2Al+NO₂^-+OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+NH₃?H₂O计算；
（3）根据16Al+9NO₃^-+7OH^-=16AlO₂^-+4N₂↑+NH₃↑+2H₂O或利用氮原子守恒计算．

解答：解：（1）①K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=c³（Ca²⁺）×c²（PO₄^3-）=8.0×10^-21×c²（PO₄^3-）=2.0×10^-33，c（PO₄^3-）=5.0×10^-7mol?L^-1，故答案为：5.0×10^-7；
②若pH高于10.7，鸟粪石的产量会大大降低，可能是溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺会与OH^-反应，平衡向逆反应方向移动，方法二能同时除去废水中的氮，用了镁矿工业废水，
故答案为：当pH高于10.7时，溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺会与OH^-反应，平衡向逆反应方向移动；能同时除去废水中的氮，充分利用了镁矿工业废水；
（2）n（NO₂^-）=

1.0×106g×0.035%

14g/mol

=25mol，反应的方程式为2Al+NO₂^-+OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+NH₃?H₂O，
则用此法完全处理后生成的AlO₂^-的物质的量为25mol×2=50mol，故答案为：50 mol；
（3）参加反应的n（NaNO₃）=100m³×10³ L?m^-3×2.0×10^-4 mol?L^-1×

1

2

=10mol，
[方法1]根据方程式：
16Al+9NO₃^-+7OH^-=16AlO₂^-+4N₂↑+NH₃↑+2H₂O
16     9
n（Al）  10mol
n（Al）=

160

9

mol
[方法2]根据氮原子守恒，还原产物氮气和氨气中的氮原子之比为8：1，即可得：
生成的n（N₂）=（10mol×

8

9

）×

1

2

=

40

9

mol；n（NH₃）=10mol×

1

9

=

10

9

mol
根据电子转移守恒，可得：

40

9

mol×10+

10

9

mol×8=n（Al）×3；n（Al）=

160

9

mol，
此过程中消耗m（Al）=

160

9

mol×27 g?mol^-1=480g．
答：此过程中消耗铝的质量为480g．

点评：本题考查氧化还原反应的计算问题，题目难度中等，本题注意相关反应的化学方程式的书写，根据反应的方程式计算，为解答该题的关键．