Question

（1）环境专家认为可以用金属铝将水体中的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，写出反应的离子方程式

 

．
（2）我国首创的海洋电池以海水为电解质溶液，电池总反应为：4Al+3O₂+6H₂O=4Al（OH）₃．电池正极的电极反应式为

 

．
（3）已知：4Al（s）+3O₂（g）=2Al₂O₃（g）△H=-2834.9kJ/mol
Fe₂O₃（s）+

3

2

C（s）=

3

2

CO₂（g）+2Fe（s）△H=+234.1kJ/mol
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
写出铝与氧化铁发生铝热反应的热化学方程式

 

．
（4）将一定质量的钠铝合金置于水中，合金全部溶解，得到20mol，pH=14的溶液，然后2mol/L盐酸滴定，可得沉淀质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

考点：热化学方程式,离子方程式的书写,化学方程式的有关计算

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据金属铝将水体中的NO₃^-转化为N₂，可知Al元素的化合价升高，在反应中被氧化，N元素的化合价降低，在反应中被还原，利用电子守恒来配平；
（2）根据电池总反应4Al+3O₂+6H₂O=4Al（OH）₃可知，Al作负极，氧气在正极上得电子发生还原反应；
（3）根据已知的反应和盖斯定律来计算目标反应的反应热，并书写热化学反应方程式；
（4）根据2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑、2Al+2H₂O+2NaOH═2NaAlO₂+3H₂↑、NaOH+HCl═NaCl+H₂O、NaAlO₂+HCl+H₂O═Al（OH）₃↓+NaCl，结合图象来计算金属的物质的量，再利用电子守恒来计算氢气的物质的量，最后计算其体积．

解答： 解：（1）由金属铝将水体中的NO₃^-转化为N₂可知，在NO₃^-+Al+H₂O→Al（OH）₃+N₂+OH^-中，Al元素被氧化，N元素被还原，则被氧化与被还原的元素的物质的量分别为x、y，由电子守恒可知，x×（3-0）=y×（5-0），解得x：y=5：3，即被氧化与被还原的元素的物质的量之比为5：3，故离子方程式为：6NO₃^-+10Al+18H₂O═10Al（OH）₃+3N₂+6OH^-，
故答案为：6NO₃^-+10Al+18H₂O═10Al（OH）₃+3N₂+6OH^-；
（2）由电池总反应4Al+3O₂+6H₂O=4Al（OH）₃可知，Al作负极，氧气在正极上得电子发生还原反应，正极反应为2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-，故答案为：2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-；
（3）由①4Al（s）+3O₂（g）=2Al₂O₃（g）△H=-2834.9kJ/mol，
②Fe₂O₃（s）+

3

2

C（s）=

3

2

CO₂（g）+2Fe（s）△H=234.1kJ/mol，
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol，
根据盖斯定律可知，①×

1

2

+②-③×

3

2

可得，
2Al（s）+Fe₂O₃（s）=2Fe（s）+Al₂O₃（s）△H=-593.1kJ/mol，
故答案为：2Al（s）+Fe₂O₃（s）=2Fe（s）+Al₂O₃（s）△H=-593.1kJ/mol；
（4）由2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑、2Al+2H₂O+2NaOH═2NaAlO₂+3H₂↑、NaOH+HCl═NaCl+H₂O、
NaAlO₂+HCl+H₂O═Al（OH）₃↓+NaCl可知，
反应后n（Na）=n（NaCl）=n（NaOH）+n（NaAlO₂），
由图象可知，30mL盐酸生成沉淀最大，则n（NaCl）=n（HCl）=0.03L×2mol/L=0.06mol，
由合金全部溶解后得到20mol，pH=14的溶液，n（NaOH）=0.02L×1mol/L=0.02mol，
则n（Al）=n（NaAlO₂）=0.06mol-0.02mol=0.04mol，
即合金中Na为0.06mol、Al为0.04mol，设反应过程中产生氢气的物质的量为n，
由电子守恒可知，0.06mol×1+0.04mol×3=n×2×1，
解得n=0.09mol，
所以在标况下其体积为0.09mol×22.4L/mol=2.016L，
故答案为：2.016．

点评：本题考查氧化还原反应、原电池、盖斯定律计算反应热、化学反应与图象的计算，难度较大，知识的综合性较高，（4）是学生解答中的难点，注意守恒法在解题中的重要作用．