Question

含氮废水进入水体而对环境造成的污染越来越严重，某课外兴趣小组先测定某废水中含NO₃^-为3×10^-4mol/L，而后用铝将NO₃^-还原为N₂，从而消除污染．
（1）配平下列有关反应的离子方程式：
______NO₃^-+______Al+______H₂O→______N₂↑+______Al（OH）₃↓+______OH^-
（2）上述反应中，还原剂是______，被还原的元素是______；每生成2molN₂，将有______mol电子发生转移．
（3）有人认为金属镁比铝能更快消除氮的污染，其反应原理和金属铝相同．
试写出镁和含氮废水反应的离子方程式：______．
（4）如将CO₂与H₂以1：4的体积比混合可制得CH₄．已知：
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3KJ/mol
H₂（g）+O₂（g）=H₂O（l）△H₂=-285.8KJ/mol
写出CO₂（g）与H₂（g）反应生成CH₄（g）与液态水的热化学方程式______．

Answer 1

解：（1）反应中，N元素化合价由NO₃^-中+5价降低为N₂中0价，共降低10价，Al元素化合价由0价升高为Al（OH）₃中+3价，共升高3价，化合价升降最小公倍数为30，故N₂系数为3，Al系数为10，再结合元素守恒与电荷守恒配平其它物质的系数，配平后方程式为：6NO₃^-+10Al+18H₂O=3N₂↑+10Al（OH）₃↓+6OH^-，
故答案为：6、10、18、3、10、6；
（2）所含元素化合价升高的元素是还原剂，反应中Al元素的化合价由0价升高为+3价，故Al是还原剂；
反应中，N元素化合价由NO₃^-中+5价降低为N₂中0价，N元素发生还原反应；
反应中N元素化合价由NO₃^-中+5价降低为N₂中0价，转移电子物质的量是N原子的5倍，故生成2molN₂，转移电子为2mol×2×5=10mol，故答案为：Al，N，10；
（3）根据Al与硝酸根的反应可知，Mg与硝酸根反应生成氮气、氢氧化镁、氢氧根离子，反应离子方程式为：
2NO₃^-+5Mg+6H₂O=N₂↑+5Mg（OH）₂↓+2OH^-，
故答案为：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）+O₂（g）=H₂O（l）△H₂=-285.8KJ/mol
根据盖斯定律，②×4-①得CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l），
故△H=4×（-285.8KJ/mol）-（-890.3KJ/mol）=-252.9kJ/mol，
故热化学方程式为：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol，
故答案为：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol．
分析：（1）反应中，N元素化合价由NO₃^-中+5价降低为N₂中0价，共降低10价，Al元素化合价由0价升高为Al（OH）₃中+3价，共升高3价，化合价升降最小公倍数为30，故N₂系数为3，Al系数为10，再结合元素守恒与电荷守恒配平其它物质的系数；
（2）根据反应中元素化合价变化判断还原剂，所含元素化合价升高的元素是还原剂；元素的化合价降低，发生还原反应；反应中N元素化合价由NO₃^-中+5价降低为N₂中0价，转移电子物质的量是N原子的5倍；
（3）根据Al与硝酸根的反应可知，Mg与硝酸根反应生成氮气、氢氧化镁、氢氧根离子；
（4）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当系数进行加减构造目标方程式，反应热与处于相应的系数，并进行相应的计算．
点评：本题考查氧化还原反应配平及基本概念、电子转移计算、根据盖斯定律书写热化学方程式等，难度中等，注意掌握常用的氧化还原反应配平方法，灵活运用盖斯定律．