Question

當(dāng)今水體的污染成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)．利用化學(xué)原理可以對工廠排放的廢水進(jìn)行有效檢測與合理處理．
（1）廢水中的N、P元素是造成水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵因素，農(nóng)藥廠排放的廢水中常含有較多的NH₄⁺和PO₄^3-，一般可以通過以下兩種方法將其除去．
①方法一：將Ca（OH）₂或CaO 投加到待處理的廢水中，生成磷酸鈣，從而進(jìn)行回收．已知常溫下K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=2.0×10^-33，當(dāng)處理后的廢水中c（Ca²⁺）=2.0×10^-7 mol?L^-1時(shí)，溶液中c（PO₄^3-）=

5.0×10^-7

mol?L^-1．
②方法二：在廢水中加入鎂礦工業(yè)廢水，就可以生成高品位的磷礦石--鳥糞石，反應(yīng)的方程式為Mg²⁺+NH₄⁺+PO₄^3-=MgNH₄PO₄↓．該方法中需要控制污水的pH為7.5～10.0，若pH高于10.7，鳥糞石的產(chǎn)量會(huì)大大降低．其原因可能為

當(dāng)pH高于10.7時(shí)，溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺會(huì)與OH^-反應(yīng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)

；與方法一相比，方法二的優(yōu)點(diǎn)為

能同時(shí)除去廢水中的氮，充分利用了鎂礦工業(yè)廢水

．
（2）染料工業(yè)排放的廢水中含有大量有毒的NO₂^-，可在堿性條件下加入鋁粉除去，加熱處理后的廢水會(huì)產(chǎn)生能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)的氣體．現(xiàn)有1.0t含氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.035%的NO₂^-廢水，用此法完全處理后生成的AlO₂^-的物質(zhì)的量為

50mol

．
（3）工業(yè)上也會(huì)利用鋁粉除去含氮廢水中的NO₃^-．現(xiàn)在處理100m³濃度為2.0×10^-4mol?L^-1的NaNO₃溶液，加入一定量的2mol?L^-1的NaOH溶液和鋁粉，控制溶液pH在10.7左右，加熱，使產(chǎn)生的氣體全部逸出，當(dāng)NaNO₃反應(yīng)掉一半時(shí)，測得氮?dú)夂桶睔獾捏w積比為4：1，求此過程中消耗鋁的質(zhì)量．（寫出計(jì)算過程，無過程以0分計(jì)算）

Answer 1

分析：（1）①根據(jù)K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=2.0×10^-33計(jì)算；
②若pH高于10.7，鳥糞石的產(chǎn)量會(huì)大大降低，可能是溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺會(huì)與OH^-反應(yīng)；
方法二能同時(shí)除去廢水中的氮；
（2）根據(jù)2Al+NO₂^-+OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+NH₃?H₂O計(jì)算；
（3）根據(jù)16Al+9NO₃^-+7OH^-=16AlO₂^-+4N₂↑+NH₃↑+2H₂O或利用氮原子守恒計(jì)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，故答案為：5.0×10^-7；
②若pH高于10.7，鳥糞石的產(chǎn)量會(huì)大大降低，可能是溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺會(huì)與OH^-反應(yīng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，方法二能同時(shí)除去廢水中的氮，用了鎂礦工業(yè)廢水，
故答案為：當(dāng)pH高于10.7時(shí)，溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺會(huì)與OH^-反應(yīng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；能同時(shí)除去廢水中的氮，充分利用了鎂礦工業(yè)廢水；
（2）n（NO₂^-）=

1.0×106g×0.035%

14g/mol

=25mol，反應(yīng)的方程式為2Al+NO₂^-+OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+NH₃?H₂O，
則用此法完全處理后生成的AlO₂^-的物質(zhì)的量為25mol×2=50mol，故答案為：50 mol；
（3）參加反應(yīng)的n（NaNO₃）=100m³×10³ L?m^-3×2.0×10^-4 mol?L^-1×

1

2

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

160

9

mol
[方法2]根據(jù)氮原子守恒，還原產(chǎn)物氮?dú)夂桶睔庵械牡�原子之比�?：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
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，可得：

40

9

mol×10+

10

9

mol×8=n（Al）×3；n（Al）=

160

9

mol，
此過程中消耗m（Al）=

160

9

mol×27 g?mol^-1=480g．
答：此過程中消耗鋁的質(zhì)量為480g．

點(diǎn)評：本題考查氧化還原反應(yīng)的計(jì)算問題，題目難度中等，本題注意相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式的書寫，根據(jù)反應(yīng)的方程式計(jì)算，為解答該題的關(guān)鍵．