Question

（1）环境专家认为可以用铝将水中的NO₃^- 转化为N₂，从而清除污染．该反应中涉及的粒子有：H₂O、Al、OH^-、Al（OH）₃、NO₃^-、N₂，请将各粒子分别填入以下空格（请将整个方程式配平后写在答题纸上）．
NO₃^-+______+______→______+______+______ 该反应过程中，被氧化与被还原的元素的物质的量之比为______．
（2）若4Al（s）+3O₂（g）=2Al₂O₃（s）△H=-a KJ/mol　
Fe₂O₃（s）+C（s）=CO₂（g）+2Fe （s）△H=+b KJ/mol
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-c KJ/mol　　
写出Al与氧化铁发生铝热反应的热化学方程式：______．
（3）将一定质量的钠铝合金置于水中，合金全部溶解，得到20mL PH=14的溶液，然后用2mol/L的盐酸滴定，可得到沉淀量与消耗的盐酸体积关系如图：则反应过程中产生氢气的总体积为______L（标准状况）．

Answer 1

解：（1）反应中NO₃^-→N₂，N元素化合价由+5价降低为0价，共降低10价，Al→Al（OH）₃，Al元素化合价由0价升高为+3价，共升高3价，根据电荷守恒可知OH^-是生成物，由H元素守恒可知H₂O是反应物，化合价升降最小公倍数为30，故N₂系数为3，Al系数为10，根据N元素守恒可知NO₃^-系数为6，根据Al元素守恒可知Al（OH）₃系数为10，电荷守恒可知OH^-系数为6，根据H元素守恒可知H₂O系数为，配平后离子方程式为6NO₃^-+10Al+18H₂O=10Al（OH）₃+3N₂+6OH^-．由方程式可知被氧化与被还原的元素的物质的量之比10：6=5：3．
故答案为：10Al、18H₂O=10Al（OH）₃、3N₂、6OH^-；5：3．
（2）已知：①4Al（s）+3O₂（g）=2Al₂O₃（s）△H=-a KJ/mol
②Fe₂O₃（s）+C（s）=CO₂（g）+2Fe （s）△H=+b KJ/mol
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-c KJ/mol
由盖斯定律可知，②-③×+①×得：2Al（s）+Fe₂O₃（s）=2Fe（s）+Al₂O₃（s）△H=-（a-b-c）KJ/mol．
故答案为：2Al（s）+Fe₂O₃（s）=2Fe（s）+Al₂O₃（s）△H=-（a-b-c）KJ/mol．
（3）由图可知加入盐酸不与立刻生成沉淀，说明盐酸先中和氢氧化钠，故合金全部溶解所得溶液为氢氧化钠与偏铝酸钠混合溶液，溶液中n（Na⁺）=n（OH^-）+n（AlO₂^-），当加入盐酸30mL时，沉淀量最大，此时溶液为氯化钠溶液，根据氯元素守恒有n（NaCl）=n（HCl）=0.03L×2mol/L=0.06mol，根据钠元素守恒有n（NaCl）=n（Na）=n（Na⁺）=0.06mol，PH=14的溶液中c（OH^-）=1mol/L，n（OH^-）=0.02L×1mol/L=0.02mol，所以n（AlO₂^-）=0.06mol-0.02mol=0.04mol，所以
n（Al）=n（AlO₂^-）=0.04mol，根据电子转移守恒n（H₂）×2=n（Na）×1+n（Al）×3，2n（H₂）=0.06mol+0.04mol×3=0.18mol，故n（H₂）=0.09mol，V（H₂）=0.09mol×22.4L/mol=2.016L．
故答案为：2.016．
分析：（1）反应中NO₃^-→N₂，N元素化合价由+5价降低为0价，共降低10价，Al→Al（OH）₃，Al元素化合价由0价升高为+3价，共升高3价，根据电荷守恒可知OH^-是生成物，由H元素守恒可知H₂O是反应物，化合价升降最小公倍数为30，故N₂系数为3，Al系数为10，根据电荷守恒、元素守恒配平其它物质的系数．
根据方程式判断被氧化与被还原的元素的物质的量之比．
（2）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减，反应热也处于相应的系数进行相应的加减，构造目标热化学方程式．
（3）由图可知加入盐酸不与立刻生成沉淀，说明盐酸先中和氢氧化钠，故合金全部溶解所得溶液为氢氧化钠与偏铝酸钠混合溶液，溶液中n（Na⁺）=n（OH^-）+n（AlO₂^-），当加入盐酸30mL时，沉淀量最大，此时溶液为氯化钠溶液，根据氯元素守恒有n（NaCl）=n（HCl），根据钠元素守恒有n（NaCl）=n（Na）=n（Na⁺），PH=14的溶液中c（OH^-）=1mol/L，计算n（AlO₂^-），n（Al）=n（AlO₂^-），根据电子转移守恒计算n（H₂），再根据V=nVm计算氢气体积．
点评：考查氧化还原反应配平、热化学方程式书写、混合物反应的计算等，难度中等，（3）中根据图象分析清楚反应过程是关键，利用守恒计算比常规方法容易计算，注意计算中守恒思想的运用．